شبیه سازی شعله‌ آرام پیش مخلوط جزئی با استفاده از FGM دو بعدی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مکانیک دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

 در این مقاله، به­ معرفی روش فلیملت دوبعدی برمبنای رژیم پیش­مخلوط پرداخته شده است. این روش ترکیبی از دو روش کاهش سینتیک، یعنی روش فلیملت و روش منیفولد، است. در این روش، شعله چندبعدی به ­صورت مجموعه­ ای از شعله­ های یک ­بعدی آرام درنظر گرفته می­شود (روش فلیملت) و ساختار شعله توسط تعدادی متغیر کنترلی تعیین می­شود (روش منیفولد). با استفاده از این مدل، بانک اطلاعاتی متغیر­های شیمیایی برحسب متغیرهای کنترلی و پیشرو ساخته می­شوند. با حل معادلات متغیرهای پیشرو و کنترلی در طول شبیه ­سازی خواص مورد نیاز از بانک اطلاعاتی میان­یابی می‌شوند. در این مطالعه، به­منظور به ­کارگیری روش فلیملت منیفولد دوبعدی، ابتدا روش فلیملت منیفولد یک­بعدی صحت­ سنجی شد. به ­منظور صحت ­سنجی، از نتایج شبیه­ سازی مستقیم هندسه­ شعله­ جریان مخالف گازی پیش ­مخلوط جزئی با مکانیزم شیمیایی GRI2.11 استفاده شد. در مرحله بعد روش فلیملت منیفولد دو­بعدی با اضافه­ کردن پارامتر کسر مخلوط بر یک شعله جریان متقابل با تغییرات نسبت هم­ ارزی (8/1-1) و نرخ کرنش به­ کار گرفته شد. نتایج نشان داد که برای گونه­ های اصلی و دما روش فلیملت دوبعدی دارای دقت بسیار خوبی بوده و همچنین زمان محاسبات را تا چندین برابر کاهش می ­دهد. این روش در رژیم پیش­مخلوط جزئی نتایج قابل قبولی را به­ ویژه درکرنش­ های نسبتا بالا نشان داد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of a partially premixed laminar counterflow Flame Using 2D flamelet generated manifold

نویسندگان [English]

  • fatemeh chitgarha 1
  • fathollah ommi 1
  • محمد فرشچی 2
1 tarbiat modares university
2 sharif university
چکیده [English]

In this study, a 2D flamelet method is presented based on the premixed regime. This method can be considered as a combination of two existing reduced chemistry approaches i.e. the flamelet and manifold approach. This method shares the idea with the flamelet approaches that a multi-dimensional flame may be considered as a set of one-dimensional flames (flamelet method) and the flame structure is considered by some control variables. By this method, the database of chemical variables is constructed in terms of progress and controlling variables. During flame simulation, conservation equations have to be solved for the controlling variables only and the properties are interpolated from the database. In this research, 2D flamelet generated manifold is applied for laminar counterflow flames with two parameters (progress variable and mixture fraction). Test results of premixed counterflow flame show that detailed chemistry computations are reproduced very well by using 1DFGM with only progress variable. Predictions of temperature and major species mass fractions using 2DFGM have shown very good agreement with detailed chemistry computations especially, in high strain rates. Using the FGM method, the computation time has been reduced several times in simulating flames, demonstrating the enormous potential of the method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flamelet Manifold
  • Progress Variable
  • Partially Premixed Flame
  1. P. K. Jha and C. P. T. Groth, "Tabulated chemistry approaches for laminar flames: Evaluation of flame-prolongation of ILDM and flamelet methods," Combustion Theory and Modelling, 16, 2012, pp. 31-57.
  2. H. Atoof and M. D. Emami, "Numerical simulation of laminar premixed CH4/air flame by flamelet-generated manifolds: A sensitivity analysis on the effects of progress variables," Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 60, 2016, pp. 287-293.
  3. S. K. Liew, K. N. C. Bray and J. B. Moss, "A flamelet model of turbulent non-premixed combustion," Combustion Science and Technology, 27, 1981, pp. 69-73.
  4. N. Peters, "Laminar diffusion flamelet models in non-premixed turbulent combustion," Prog. Energy Combust. Sci, 10, 1984, pp. 319-339.
  5. E. Knudsen and H. Pitsch, "A general flamelet transformation useful for distinguishing between premixed and non-premixed modes of combustion," Combustion and Flame, 156, 2009, pp. 678-696.
  6. C. D. Pierce and P. Moin, "Progress-variable approach for large-eddy simulation of non-premixed turbulent combustion," Journal of Fluid Mechanics,504, 2004, pp. 73-97.
  7. F. Chitgarha and A. Mardani, "Assessment of steady and unsteady flamelet models for MILD combustion modeling," International Journal of Hydrogen Energy, 43, 2018, pp. 15551-15563.
  8. J. A. Van Oijen and L. P. H. De Goey, "Combustion Science and Technology Modelling of Premixed Laminar Flames using Flamelet- Generated Manifolds," Combustion Science and Technology, 161, 2000, pp. 113-137.
  9. L. P. H. de Goey and J. H. M. ten Thije Boonkkamp, "A flamelet description of premixed laminar flames and the relation with flame stretch," Combustion and Flame, 119, 1999, pp. 253-271.
  10. S. Delhaye, L. M. T. Somers, J. A. Van Oijen and L. P. H. De Goey, "Incorporating unsteady flow-effects beyond the extinction limit in flamelet-generated manifolds," Proceedings of the Combustion Institute,32 I, 2009, pp. 1051-1058.
  11. B. Fiorina, O. Gicquel, L. Vervisch, S. Carpentier and N. Darabiha, "Approximating the chemical structure of partially premixed and diffusion counterflow flames using FPI flamelet tabulation," Combustion and Flame, 140, 2005, pp. 147-160.
  12. H. Yamashita, M. Shimada and T. Takeno, "A numerical study on flame stability at the transition point of jet diffusion flames," Symposium (International) on Combustion,Naples Italy, 1996, pp. 27-34.
  13. J. A. van Oijen and L. P. H. de Goey, "A numerical study of confined triple flames using a flamelet-generated manifold," Combustion Theory and Modelling, 8, 2004, pp. 141-163.
  14. H. Bongers, J. A. V. Oijen, L. M. T. Somers and L. P. H. D. Goey, "THE flamelet generated manifold method applied to steady planar partially," Combustion Science and Technology, 171, 2005, pp. 2373-2393 pp. 2373-2393.
  15. A. W. Vreman, B. A. Albrecht, J. A. van Oijen, L. P. H. de Goey and R. J. M. Bastiaans, "Premixed and nonpremixed generated manifolds in large-eddy simulation of Sandia flame D and F," Combustion and Flame, 153, 2008, pp. 394-416.
  16. C. Olbricht, F. Hahn, A. Ketelheun and J. Janicka, "Strategies for presumed PDF modeling for LES with premixed flamelet-generated manifolds," Journal of Turbulence, 11, 2010, pp. 1-18.
  17. H. Pitsch, R. Seiser and B. Vartharajan, "FlmeMaster, A c++ computer program for O-D ombustion and 1-D laminar flame calculations," RWTH Aachen, Germany, 1998, http://www.itv.rwth-aachen.de/index.php?id=128
  18. J. Lim, J. Gore and R. Viskanta, "A study of the effects of air preheat on the structure of methane/air counterflow diffusion flames," Combustion and Flame, 121, 2000, pp. 262-274.