This paper investigates LES of turbulent combustion flow based on 2-scalar flamelet approach, where a G-equation and a conserved scalar equation simulate a propagation of premixed flame and a diffusion combustion process, respectively. The turbulent SGS modeling on these flamelet combustion approach is also researched. These LES models are applied to an industrial flows in a full scale gasturbine combustor with premixed and non-premixed flames. The numerical results predict the characteristics of experiment temperature profiles. Unsteady features of complex flames in combustor are also visualized.
The potential of combustion treatment of low concentration VOC on a turbulent partially premixed flame has been studied experimentally. The significant decrease in hydrocarbon concentration from the low concentration VOC was observed with a turbulent partially premixed flame. The VOC/inert gas mixture whose fuel concentration is beyond the flammability limit could be treated in this method.
Three-dimensional numerical analysis of the turbulent premixed flame propagation in a constant volume combustion chamber is performed using the KIVA-3V code (Amsden et. al. 1997) by the flame surface density (FSD) model. A simple near-wall boundary condition is eaployed to describe the interaction between turbulent premixed flame and the wall. A mean stretch factor is introduced to include the stretch and curvature effects of turbulence. The results from the FSD model are compared with the experimental results of schlieren photos and pressure measurements. It is found that the burned mass rate and flame propagation by the FSD model are in reasonable agreement with the experimental results. The FSD combustion model proved to be effective for description of turbulent premixed flames.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.8
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pp.849-854
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2005
The laminar flame concept in turbulent reacting flow is considered applicable to many practical combustion systems For turbulent premixed combustion under widely used flamelet concept, the flame surface is described as an infinitely thin propagating surface that such a Propagating front can be represented as a level contour of a continuous function G. In this study, for the Purpose of validating the LES of G-equation combustion model. LES of turbulent Premixed combustion with dynamic SGS model of G-equation in turbulent channel flow are carried out A constant density assumption is used. The Predicted flame propagating speed is goof agreement with the DNS result of G. Bruneaux et al.
LES results of turbulent premixed combustion flows are introduced by using the dynamic sub-grid scale model based on G-equation describing the flame front propagation. The turbulent premixed combustion flows around bluff body and over backward facing step are analyzed to validate present formation. LES of swirling partially premixed combustion flame is also performed to conform the predictive capabilities of LES model and to prompt our understanding for the combustion flows over double cone swirl burner combustor by using CFD-ACE+ commercial code.
This study has numerically modelled the combustion processes of the turbulent swirling premixed lifted flames in the low-swirl burner (LSB). In these turbulent swirling premixed flames, the four tangentially-injected air jets induce the turbulent swirling flow which plays the crucial role to stabilize the turbulent lifted flame. In the present approach, the turbulence-chemistry interaction is represented by the level-set based flamelet model. Two-dimensional and three-dimensional computations are made for the various swirl numbers and nozzle length. In terms of the centerline velocity profiles and flame liftoff heights, numerical results are compared with experimental data The three-dimensional approach yields the much better conformity with agreements with measurements without any analytic assumptions on the inlet swirl profiles, compared to the two-dimensional approach. Numerical clearly results indicate that the present level-set based flamelet approach has realistically simulated the structure and stabilization mechanism of the turbulent swirling stoichiometric and lean-premixed lifted flames in the low-swirl burner.
The zone-conditioned CMC equations are derived by taking an unconditional average of the generic conservation equations multiplied by delta and Heaviside functions in terms of mixture fraction and reaction progress variable. The resulting equations are essentially in the same form as the single zone CMC equations except for separate flow fields for burned and unburned gas. The zone-conditioned two-fluid equations are applied to a stagnating turbulent premixed flame brush of Cheng and Shepherd[5l. It is shown that the flame stretch factor is of crucial importance to accurately reproduce the measured mean reaction progress variable and conditional velocities. Further work is in progress for the relationship between surface and volume averages and extension to partially premixed combustion on the basis of a triple flame structure, e. g. in a lifted turbulent diffusion flame.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.1
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pp.82-88
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2011
The objective of this study is to investigate the validity of the dynamic sub-grid G-equation model to a complex turbulent premixed combustion such as bluff body stabilized turbulent premixed flames for the considering of the realistic engineering application. In this study, a new turbulent flame speed model, introduced by the sub-grid turbulent diffusivity and the flame thickness, is also proposed and is compared with an usual model using sub-grid turbulent intensity and with the experimental data. The calculated results can predict the velocity and temperature of the combustion flow in good agreement with the experiment data.
This study has numerically modelled the combustion processes of the turbulent swirling premixed lifted flames in the low-swirl burner (LSB). In these turbulent swirling premixed flames, the four tangentially-injected air jets induce the turbulent swirling flow which plays the crucial role to stabilize the turbulent lifted flame. In the present approach, the turbulence-chemistry interaction is represented by the level-set based flamelet model.. Two-dimensional and three-dimensional computations are made for the various swirl numbers and nozzle length. In terms of the centerline velocity profiles and flame liftoff heights, numerical results are compared with experimental data The three-dimensional approach yields the much better conformity with agreements with measurements without any analytic assumptions on the inlet swirl profiles, compared to the two-dimensional approach. Numerical clearly results indicate that the present level-set based flamelet approach has realistically simulated the. structure and stabilization mechanism of the turbulent swirling stoichiometric and lean-premixed lifted flames in the low-swirl burner.
The zone conditional two-fluid equations are derived and validated against DNS database of a premixed turbulent flame. The conditional statistics of major flow variables are investigated to understand the mechanism of flame generated turbulence. The flow field in burned zone shows substantially increased turbulent kinetic energy, which is highly anisotropic due to reaction kinematics across thin f1amelets. The transverse component may be larger than the axial component for a distributed pdf of the flamelet orientation angle, while the opposite occurs due to redistribution of turbulent kinetic energy and flamelet orientation normal to the flow at the end of a flame brush. The major source or sink terms of turbulent kinetic energy are the interfacial transfer by the mean reaction rate and the work terms by fluctuating pressure and velocity on a flame surface. Ad hoc modeling of some interfacial terms may be required for further application of the two-fluid model in turbulent combustion simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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