燃料和氧化剂充分混合后在湍流场中燃烧形成的火焰称为湍流预混火焰，主要应用于火花点火内燃机，燃气轮机等。在湍流预混火焰燃烧中，湍流涡结构与火焰面相互作用非常复杂。总体上，湍流预混燃烧的直接数值模拟可以分为两类，自由传播火焰和空间发展火焰[2]。87042
Ashurst[3]等人完成了早期的湍流燃烧的直接数值模拟，讨论分析了Le数在二维湍流场中如何影响预混火焰传播特性。上世纪九十年代，美国斯坦福大学的一些学者用可压缩的直接数值模拟程序对湍流预混火焰进行了系统的研究。Poinsot[4]等人研究了单个涡对于火焰熄火的影响，并绘制了湍流分区图。Haworth和Poinsot研究了二维湍流预混火焰在不同Le数的下的火焰传播特性[5]。Baum[6]等人结合详细的反应机理研究了氢气、氧气和氮气混合物的预混火焰。Thévenin通过直接数值模拟研究了预混火焰结构和火焰表面的各种特性[7]。Echekki和Chen结合甲烷和空气混合物的简化的反应机理对二维当量湍流预混火焰进行了研究[8]。分析探讨了组分分布以及热释放率与应变率和曲率的关系，结果表明不能用全局刘易斯数来推测热释放速率和火焰面的演变情况。Chen和Im对二维湍流甲烷空气的预混火焰作了较多研究[9]。他们分析了在二维甲烷空气混合物的湍流预混火焰中拉伸率与火焰速度的关系，考虑了在不同湍流强度下混合物的燃烧情况，发现较强的湍流强度会减弱火焰传播对流场变化的响应。Chen和Im还结合详细的反应机理研究了二维氢气空气混合物的湍流预混火焰中非稳态拉伸的变化论文网，分析了湍流速度和曲率、应变率以及拉伸率之间的相互关系[10]。Chen和Im之后研究了二维湍流中的氢气和空气混合物的预混双火焰，分别阐述了在贫燃火焰和非贫燃火焰中的优先扩散效应[11]。Hawkes和Chen讨论了加入氢气后的甲烷空气混合物的贫燃湍流预混火焰，和不加氢气的混合物的湍流预混火焰对比发现，混合物中加入氢气后火焰变得愈发波动，火焰的表面积变得更大，抗熄火能力得到加强[12]。Hawkes和Chen还利用直接数值模拟研究了薄反应区中的湍流预混火焰的燃烧模型[13]。美国Lawrence Berkeley国家实验室运用直接数值模拟求解低马赫数N-S方程，深度研究了湍流预混火焰。Bell[14]等人研究了甲烷、丙烷和氢气贫燃湍流预混火焰的特点，分析讨论了刘易斯数如何影响整体的火焰结构以及火焰传播速度和曲率两者之间的关系。Bell[15]等用直接数值模拟方法证实湍流火焰中由于褶皱的存在使得比层流火焰有更多的反应面，这样造成了反应物消耗速度增加。在湍流预混火焰的直接数值模拟研究中，燃烧速度是研究的核心内容。用反应物的消耗速度或者火焰锋面位移速度来定义燃烧速度。研究者们用pdf方法分析了平均火焰弯曲程度和标准化后的火焰锋面位移速度的关系[1]。有人也用这一方法分析了切向拉伸率和位移速度的关系。日本的Tanahashi[16]等人是最早运用三维可压缩直接数值模拟进行湍流预混火焰研究的。他们结合详细的反应机理对氢气空气混合物的预混火焰进行了研究，分析探讨存在于湍流预混火焰中的微尺度涡结构，并指出微尺度涡结构会明显影响湍流预混火焰的结构。Yoshikawa[17]等人结合直接数值模拟的数据，提出了一种关于湍流预混燃烧的新型的动态亚网格模型。在这种模型中通过动态来获得湍流火焰面的分形维数，根据所计算的分形维数进一步计算得到火焰的表面积。近年来，由于数值方法和计算机技术的不断发展进步，许多学者也利用直接数值模拟的方法对本生火焰、旋流火焰和V形火焰进行了研究分析。Tanaka[18]等人采用直接数值模拟研究了微型燃气轮机中的当量氢气和空气的旋流预混火焰，讨论分析了旋流数对压力震荡、火焰涡结构和热量运输等特性的影响。 (责任编辑：qin) |