钝体结构常被用于工业燃烧器中起到稳定火焰的作用。声波脉动是引发燃烧不稳定的重要物理因素,并同流场和涡结构耦合起来,影响预混火焰面的稳定性。对钝体的流场结构、声传播特性及其对火焰稳定性影响展开研究有助于对燃烧不稳定进行控制。为此,本文对钝体结构的流动声学特性和钝体稳燃的预混火焰面动态响应特性进行数值模拟研究,分析声场、涡结构与火焰面之间的相互作用。针对钝体结构的流动与声学特性数值模拟,采用了基于时-空守恒元/解元(ConservationElement/SolutionElement,CE/SE)格式的单调集成大涡数值模拟方法(MonotonicallyIntegratedLargeEddySimulation,MILES)。该方法将时间与空间维度统一起来,同时求解流场与声场信息,具有高守恒性、高数值精度与低耗散性。对钝体结构的流场施加不同频率的压力扰动,对钝体流动的速度场、涡量场和剪切层进行了分析。发现高频声波使得钝体后回流区长度缩短位置提前,剪切层中涡脱落的频率与声波扰动频率相同。钝体上游来流由管道流动主导,下游远端由声波传播起主导作用。采用多麦克风测压法提取声波传播分量,分析了钝体结构的反射透射系数、散射矩阵、端部修正长度等声学特性参数的变化规律。结果表明,从上游和下游分别施加声波扰动时,钝体结构的反射系数幅值相近,但相位差别较大。斯托哈数St约为1时,声波与流动作用强烈,端部修正长度略有下降。对钝体稳燃的预混火焰面的不稳定特性进行了模拟研究,发展了预混火焰面G方程与离散涡运动模型耦合求解的方法模拟钝体后的涡结构与火焰面运动。采用局部水平集方法和重新初始化方法求解火焰面G方程,采用WENO格式计算空间导数。离散涡模型为G方程的求解提供速度场,描述了钝体后涡结构的产生、运动与耗散,并采用保角变换简化对复杂几何结构的计算。对双通道钝体稳燃的M形火焰的模拟结果表明,较高幅值的来流扰动使得涡结构运动更加剧烈,火焰面褶皱变化更加明显。随扰动幅值的增加,火焰传递函数的幅值逐渐减小,相位则逐渐增大。对于管道内钝体稳燃的V形火焰,考察了来流扰动的幅值与频率、来流雷诺数、钝体结构等因素对预混火焰面响应的影响。受迫扰动下的钝体后流场、涡结构都受到扰动频率和自身不稳定频率的双重作用。随着扰动频率的增加,V形火焰的传递函数的幅值逐渐减小而相位则线性增大。高扰动幅值、钝体尖角都会使传递函数的幅值增大。