The multi-environment probability density function model has been applied to simulate the turbulent stratified premixed flames. The direct quadrature method of moments (DQMOM) has been adopted to solve the transport PDF equation due to its computational efficiency and robustness. Computations are made for the non-swirling turbulent stratified premixed flames including SWB1, SWB5 and SWB9. The numerical results obtained in this study are precisely compared with experimental data in terms of axial velocity, unconditional means and conditional means for scalar field including temperature and species mass fraction.
The RPV(Reaction Progress Variable) combustion model has been applied to numerically investigate the effects of Damkohler number on the superequilibrium concentration and flame structure in the nonpremixed turbulent flames. Computations are performed for the two turbulent jet flames of CO/H$_2$/N$_2$(40/30/30 volume percent) having the same jet Reynolds number of 16,700 but different nozzle diameters(4.58mm and 7.72mm). The detailed discussions have been made for the interaction between fluid dynamics and chemistry in the flame field.
Numerical analysis on the characteristics of nitrogen oxides (NOx) formation in turbulent nonpremixed hydrogen-air flames was carried out. Lagrange IEM model and Assumed PDF model were applied to consider turbulence-chemistry interaction known to affect the production of NOx. Partial equilibrium assumption was used to predict nonequilibrium effect to which one-half power dependence between EINOx normalized by flame residence time and global strain rate is attributed. As a result. such one-half power dependence could be reproduced only by reaction model including $HO_{2}$and $H_{2}O_{2}$, which means its dependence on Damkohler number; nonequilibrium effect. This dependence was shown better in the region of higher global strain. Besides, the improvement of turbulence model is required to predict mean flow properties quantitatively in the radial direction.
In order to realistically represent the complex turbulence-chemistry interaction at the partially premixed turbulent lifted flames encountered in the gas turbine combustors, the combined conserved-scalar/level-set flamelet approach has been adopted. The parallel unstructured-grid finite-volume method has been developed to maintain the geometric flexibility and computational efficiency for the solution of the physically and geometrically complex flows. Special emphasis is given to the swirl effects on the combustion characteristics of the lean-premixed gas turbine combustor. Numerical results suggest that the present approach is capable of realistically simulating the combustion characteristics for the lean-premixed gas turbine engines and the lifted turbulent jet flame with a vitiated coflow.
The Direct Quadrature Method of Moments (DQMOM) has been presented for the solution of population balance equation in the wide range of the multi-phase flows. This method has the inherently interesting features which can be easily applied to the multi-inner variable equation. In addition, DQMOM is capable of easily coupling the gas phase with the discrete phases while it requires the relatively low computational cost. Soot inception, subsequent aggregation, surface growth and oxidation are described through a population balance model solved with the DQMOM for soot formation. This approach is also able to represent the evolution of the soot particle size distribution. The turbulence-chemistry interaction is represented by the laminar flamelet model together with the presumed PDF approach and the spherical harmonic P-1 approximation is adopted to account for the radiative heat transfer.
In this study, the multi-environment probability density function(MEPDF) approach has been applied to numerically investigate Delft-Jet-in-Hot-Coflow(DJHC) turbulent flames under Moderate or Intense Low-oxygen Dilution (MILD) combustion condition. Computations are made for two different jet velocities(Re = 4100 and 8800). In terms of mean axial velocity, temperature, and turbulent kinetic energy, numerical results are in reasonably good agreements with experimental data even if there exist the noticeable deviations in downstream region. Based on numerical results, the detailed discussions are made for the essential features of the non-visible flame structure and MILD combustion processes.
The multi-environment probability density function model has been applied to simulate the turbulent $CH_4/H_2$ flames under MILD conditions. The direct quadrature method of moments (DQMOM) has been adopted to solve the transport PDF equation due to its computational efficiency and robustness. The IEM model represents the micromixing process. The numerical results obtained in this study are precisely compared with experimental data in terms of unconditional means and conditional means for scalar field including temperature and species mass fraction.
The multi-environment PDF model coupled with flamelet generated manifolds(FGM) has been developed for a large eddy simulation of turbulent partially premixed lifted flame. This approach has a capability to realistically account for the transport and evolution of probability density function for mixture fraction and progress variable with the manageable computational burden. Using the tabulated chemistry, it is possible to track radical distributions which is important to predict autoignition process with the vitiated coflow environment. Numerical results indicate that the present yields the good agreement with experimental data in terms of mixture fraction, temperature, and species mass fractions.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권4호
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pp.560-570
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2015
We present a simulation of a hybrid Reynolds-averaged Navier Stokes / Large Eddy Simulation (RANS/LES) based on detached eddy simulation (DES) for a Burrows and Kurkov supersonic planar mixing experiment. The preliminary simulation results are checked in order to validate the numerical computing capability of the current code. Mesh refinement studies are performed to identify the minimum grid size required to accurately capture the flow physics. A detailed investigation of the turbulence/chemistry interaction is carried out for a nine species 19-step hydrogen-air reaction mechanism. In contrast to the instantaneous value, the simulated time-averaged result inside the reactive shear layer underpredicts the maximum rise in $H_2O$ concentration and total temperature relative to the experimental data. The reason for the discrepancy is described in detail. Combustion parameters such as OH mass fraction, flame index, scalar dissipation rate, and mixture fraction are analyzed in order to study the flame structure.
펄스 데토네이션 엔진에서와 같이 탄화수소를 연료로 하는 데토네이션 파는 강한 불안정성을 가지며 난류 연소 효과를 고려한 연구를 수행하여야 함이 제시된 바 있다. 본 연구에서는 강한 불안정성을 가지는 데토네이션 파의 구조를 이해하기 위하여 비점성 해석, 점성 해석, 난류 모델 및 간단한 난류 연소 모델을 고려한 수치 해석 연구를 수행하였다. 모델링 수준에 따른 연구를 통하여 점성 및 난류는 저주파 특성에는 거의 영향이 없으나, 고주파 특성을 강화하는 경향이 있는 것으로 보인다. 한편, 데토네이션 연구를 위한 난류-연소 상호 작용 모델에는 활성화 에너지의 영향이 고려되어야 하는 것으로 여겨진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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