【Цель】Пористость, многопористая структура и различные клеточные структуры в пенокерамике способствуют усилению тепломассообмена и расширению пределов обеднённого горения в горелках. Однако микропотоки, вызванные случайной пористой структурой, напрямую влияют на эффективность смешивания топлива с воздухом и стабильность пламени, которые традиционные модели предсказать сложно, что требует точных моделей для прогнозирования турбулентных потоков в зоне зазора. 【Методы】 Для этого использована случайная структура пенокерамики, построенная на алгоритме Вороного, совместно с большомасштабным моделированием вихрей (LES) для исследования турбулентности на пористом масштабе. Проведено систематическое численное моделирование турбулентных потоков на микромасштабе пор, с акцентом на анализ структуры потока и эволюции вихрей при различных скоростях входа (10–100 м/с). 【Результаты】 С увеличением скорости входа поток постепенно меняется от вязкостного к инерционному режиму, вихревое движение существенно усиливается, зоны с высокой вихревостью сосредоточены с теневой стороны каркаса и в горловинах пор с резкими геометрическими изменениями; максимальная турбулентная кинетическая энергия возросла с 120,84 м2/с2 при 10 м/с до 12049,28 м2/с2 при 100 м/с, увеличившись почти в 100 раз. Анализ вихревой структуры по критерию Q показал, что случайные поры вызывают сильную анизотропию потока, в локальном диссипации доминируют вихревые ядра с высокой интенсивностью вращения, связанными с пористой проницаемостью. Скоординированное воздействие многоуровневых вихревых структур образует каскады турбулентной энергии и локальное диссипативное воздействие вихревых ядер высокой интенсивности, что совместно регулирует процесс горения. 【Заключение】 Разработанный метод Вороного-LES для случайных пенокерамических структур эффективно захватывает генерацию, эволюцию и диссипацию вихревой структуры на пористом масштабе, предоставляя новое видение механизмов взаимодействия турбулентности и химической реакции на микромасштабе, что имеет важное инженерное значение для оптимизации конструкции пенокерамических горелок, повышения эффективности низкоуглеродной энергетики и снижения выбросов загрязнителей.

пенокерамика;пористый масштаб;большомасштабное моделирование вихрей;алгоритм Вороного;критерий Q