Modelling and Numerical Simulation of Turbulent Reactive Flows (Modellierung und numerische Simulation turbulenter reaktiver Strömungen)

Turbulente Verbrennung stellt viele Herausforderungen in verschiedenen Aspekten der Technik. Da direkte numerische Simulationen (DNS) einen unerträglichen Rechenaufwand erfordern, um die Natur dieser Flammen durch Auflösung in die niedrigstmöglichen turbulenten Skalen ohne Modellierung genau vorherzusagen, müssen diese Prozesse zum besseren Verständnis mit geeigneten Methoden modelliert werden. Die turbulente Verbrennung ohne Vormischung ist von großem Interesse für die Forschung auf dem Gebiet der Modellierung der Partikelbehandlung in einem bestimmten definierten Verfahren. ... mehrDazu wird der statistische Ansatz für turbulente reaktive Strömungen mit Hilfe von Probability Density Functions (PDF) übernommen. Ebenso wie die Verwendung detaillierter Reaktionsmechanismen viel Rechenleistung erfordert, um Turbulenz-Chemie-Wechselwirkungen zu berücksichtigen, wird eine reduzierte Beschreibung der Kinetik bei entsprechender Anzahl der betrachteten Spezies mit Hilfe von Methoden basierend auf Reaktions- Diffusionsverteiler (REDIM). Diese Arbeit konzentriert sich hauptsächlich auf zwei verschiedene Partikelmischmodelle – Modified Curl's Model (MCM) und Velocity Conditioned Multiple Mapping Closures (MMC), die mit den oben genannten Methoden gekoppelt sind, um pilotierte nicht vorgemischte Methanflammen (Sandia Flame D) zu simulieren und validiert mit die experimentellen Daten.
Zweitens wird eine teilweise vorgemischte turbulente Flamme mit inhomogenen Einlässen mit RANS und Finite-Rate-Chemie modelliert, da LES für teilweise vorgemischte turbulente Flammen trotz ihrer Größe immer noch eine offene Herausforderung bleibt. Sydney Burner wird in Ansys Fluent simuliert, um Einblicke in das Verhalten verschiedener Spezies und Temperaturen an verschiedenen axialen Positionen für eine bestimmte Konfiguration und Betriebsbedingung zu erhalten. Die Ergebnisse werden mit experimentellen Temperaturmessungen der Sydney University validiert, die mit Hilfe von linienbildender Raman/Rayleigh-Streuung und laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) von CO aufgenommen wurden.

Turbulent Combustion poses a lot of challenges in various aspects of engineering. Since Direct Numerical Simulations (DNS) take an unbearable computational effort to accurately predict the nature of these flames by resolving to the lowest possible turbulent scales without modelling, these processes need to be modelled using appropriate methods for better understanding. Non-premixed turbulent combustion is of great interest to research in the field related to modelling of particle treatment in a particular defined method. For this purpose, the statistical approach to turbulent reactive flows is adopted by the help of Probability Density Functions (PDF). ... mehrIn this same regard as the use of detailed reaction mechanisms take a lot of computational power in the aim to take Turbulence-Chemistry Interactions into account, reduced description of the kinetics with appropriate number of species in considered with the help of methods based on Reaction-Diffusion Manifolds (REDIM). This work is mainly concentrated towards two different Particle Mixing Models – Modified Curl’s Model (MCM) and Velocity Conditioned Multiple Mapping Closures (MMC) which are coupled with the above methods to simulate piloted non-premixed methane flames (Sandia Flame D) and validated with the experimental data.
Secondly, partially premixed turbulent flame using inhomogeneous inlets is modelled using RANS and Finite Rate Chemistry, as LES for partially premixed turbulent flame still remains an open challenge despite its greatness. Sydney Burner is simulated in Ansys Fluent in order to gain insight on behavior of different species and temperature at different axial locations for a particular configuration and operating condition. Results are validated with Experimental Temperature Measurements from Sydney University taken with the help of line-imaged Raman/Rayleigh scattering and Laser induced Fluorescence (LIF) of CO.