Numerički efikasno modeliranje turbulentnih nepredmiješanih plamenova

Baburić, Mario (2005) Numerički efikasno modeliranje turbulentnih nepredmiješanih plamenova. = Numerically efficient modelling of turbulent non-premixed flames. Doctoral thesis , Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, UNSPECIFIED. Mentor: Duić, Neven.

[img]
Preview
Text
10_02_2006_Baburic_doktorat.pdf - Published Version Jezik dokumenta:Croatian

Download (8MB) | Preview

Abstract (Croatian)

Pristup tabeliranja kemijskih vrsta u pretprocesoru, baziran na izračunima predmiješanih ili nepredmiješanih plamenova, je razvijen i implementiran u ovome radu. U tu svrhu je razvijen računalni program u kojem se vrše proračuni kemijskih vrsta u pretprocesoru. Modeliranje izgaranja tijekom same CFD procedure se sastoji u izračunu prostorne raspodijeljenosti različitih skalara – udjela smjese goriva i varijable napretka reakcije – dok su udjeli pojedinih kemijskih vrsta funkcijski povezani sa ta dva skalara ovisno o modelu. Razvijeni modeli su primijenjeni u proračunima izgaranja na tri konfiguracije s različitim stupnjem složenosti. Rezultati simulacije su uspoređeni s eksperimentalno dobivenim vrijednostima te s rezultatima simulacije dobivenih upotrebom standardnog stacionarnog laminarnog flamelet modela. Simulirane konfiguracije su bile sljedeće – prorijeđeni vodikov slobodni mlazni plamen (H2/He-zrak plamen B), pilotirani metanov slobodni mlazni plamen (Sandia plamen D) te zatvoreni plamen prirodnog plina u TECFLAM ložištu. U sva tri slučaja su upotrijebljeni detaljni kemijski mehanizmi. Metoda diskretnog prijenosa topline zračenjem je implementirana u CFD program (FIRE), a da bi se prilikom modeliranja obuhvatio proces prijenosa topline zračenjem. Također, upotrebljen je hibridni model turbulencije prilikom modeliranja protoka fluida te su njegovi rezultati uspoređeni s rezultatima dobivenim upotrebom standardnog k-ε modela turbulencije. \Nova procedura tabeliranja kemijskih vrsta se pokazala kao mogućom alternativom standardnom laminarnom flamelet modelu. U slučaju predmiješanih plamenova moguće je obuhvatiti cjelokupno područje od hladnog miješanja reaktanata do ravnotežnog izgaranja, što dopridonosi povećanoj univerzalnosti ovog modela. \NO je dobro predviđen modelom baziranom na predmiješanim plamenovima, dok se upotreba nepredmiješanih plamenova pokazala lošim izborom u ovome slučaju. Modeli bazirani na varijabli napretka reakcije pokazali su se manjkavima u područjima s bogatom smjesom goriva u slučaju Sandia plamena D te je potrebno ostvariti daljnji napredak u ovome pogledu. Uključivanje modeliranja prijenosa topline zračenjem pokazalo se bitnim za točni izračun temperaturnih polja. U općem slučaju, hibridni model turbulencije pokazao se boljim od standardnog k-ε modela.

Abstract

A pre-tabulated chemistry approach, based on premixed and non-premixed laminar flamelets, was developed and implemented in this work. A devoted software application was developed in order to perform the chemistry calculations and tabulations in the preprocessor step. The combustion modelling in CFD procedure consisted of calculating the field distribution for a set of tracking scalars – mixture fraction and reaction progress variable – while the chemistry composition space was functionally related to these two scalars, depending on a model. The developed models were applied in the combustion simulations of three different configurations of varying complexity. The results were compared to experimental data and to the stationary laminar flamelet model predictions. The simulated configurations were following – a diluted hydrogen jet flame (H2/He-air flame B), a piloted methane jet flame (Sandia flame D) and a confined natural gas bluffbody stabilised flame (TECFLAM). Detailed chemical mechanisms were used in all cases. The discrete transfer radiation method was implemented into the CFD code (FIRE) in order to account for thermal radiation. The impact of radiation inclusion was investigated. A hybrid turbulence model was applied and its predictions were compared to those obtained with a standard k-ε model. A new tabulation procedure based on the normalised reaction progress variable has shown as a possible alternative to the standard stationary laminar flamelets methodology. In the case of premixed flamelets a complete range from the cold-mixing up to the chemical equilibrium can be covered, making this approach promising if searching towards more universal combustion models. NO was reasonably well predicted when using premixed flamelets, while non-premixed flamelets have shown as inappropriate in this particular situation. The reaction progress variable based models, as implemented in this work, have shown deficient in the fuel-rich regions in the methane jet configuration (Sandia flame D), making a space for possible improvements in this respect. The inclusion of radiation modelling has shown important for accurate temperature predictions. In general, the hybrid turbulence model has shown as superior to the standard k-ε turbulence model.

Item Type: Thesis (Doctoral thesis)
Uncontrolled Keywords: nepredmiješano izgaranje; stacionarni laminarni flamelet model; varijabla napretka reakcije; pretpostavljeni kondicionalni momenti; tabeliranje kemije; difuzijski plamenovi; metoda diskretnog prijenosa topline zračenjem; hibridni model turbulenc
Keywords (Croatian): non-premixed combustion; stationary laminar flamelet model; reaction progress variable; presumed conditional moments; chemistry pre-tabulation; diffusion flames; discrete transfer radiation method; hybrid turbulence model
Divisions: 500 Department of Energy, Power Engineering and Environment > 510 Power Engineering and Energy Management Chair
Date Deposited: 22 Sep 2014 18:00
Last Modified: 16 Oct 2015 13:18
URI: http://repozitorij.fsb.hr/id/eprint/18

Actions (login required)

View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year

Nema podataka za dohvacanje citata