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Representation Et Simulation De La Combustion Turbulente Par Le Modele De Flamme Coherente
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Book Synopsis Représentation et simulation de la combustion turbulente par le modèle de flamme cohérente by : Eric Maistret
Download or read book Représentation et simulation de la combustion turbulente par le modèle de flamme cohérente written by Eric Maistret and published by . This book was released on 1991 with total page 405 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail porte sur la représentation et la simulation numérique de la combustion turbulente par le modèle de flamme cohérente, et son application aux foyers aéronautiques. Apres avoir présenté les bases de l'aérothermochimie et les équations de la combustion turbulente, nous montrons que les diagrammes de combustion turbulente prémélangée indiquent que, dans les foyers aéronautiques, la combustion appartient probablement au régime de flammelettes. Le modèle de flamme cohérente est un modèle de flammelettes particulier, constitue d'un modèle global et d'un modèle local. Le niveau global comprend principalement une équation de transport pour la surface de flamme, qui représente les mécanismes physiques responsables de la convection, de l'accumulation, de la destruction des éléments de flamme. Le niveau local fournit les propriétés chimiques de cette surface, par l'étude des flammelettes laminaires étirées. Un certain nombre de développements du modèle sont décrits: équations pour les fluctuations de surface de flamme, prise en compte d'une richesse inhomogène, modèles mixtes prémélange-diffusion, calcul du monoxyde de carbone. L'accord avec les observations expérimentales dans des configurations simples est bon. La possibilité d'appliquer le modèle à des configurations industrielles tridimensionnelles complexes (chambre principale et foyer de rechauffe) et aux phénomènes instationnaires (allumage) est démontrée. Nous présenterons ensuite la méthode numérique utilisée pour résoudre le système d'équations, et étudions son influence, ainsi que celle du maillage, sur la solution obtenue. Enfin, une étude expérimentale de flammes stabilisées dans un conduit par deux types d'obstacles (stabilisateur en v et barreau cylindrique) montre l'effet de la richesse et du débit sur la structure de la zone de réaction, visualisée par spectroscopie d'émission de radicaux libres.
Book Synopsis Modélisation de la combustion turbulente par le modèle de flamme cohérente couplé à une méthode de réduction de cinétique chimique en vu de la prédiction de l'émission des polluants by : Weeded Ghedhaifi
Download or read book Modélisation de la combustion turbulente par le modèle de flamme cohérente couplé à une méthode de réduction de cinétique chimique en vu de la prédiction de l'émission des polluants written by Weeded Ghedhaifi and published by . This book was released on 2006 with total page 188 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire EM2C du CNRS et de l'ECP et l'industriel verrier Saint-Gobain. Nous nous sommes intéressés à la modélisation de la combustion turbulente et des émissions de polluants. Pour cela, nous avons développé un modèle de combustion turbulente basé sur le couplage entre le modèle de flamme cohérente CFM et la chimie détaillée. Le choix du modèle CFM repose sur sa capacité à décrire l'interaction entre le front de flamme et les structures turbulentes de l'écoulement dans lequel il évolue. Nous avons réalisé son couplage avec la chimie détaillée en utilisant des méthodes de tabulation de la cinétique chimique. Nous avons, ensuite, développé un modèle de traitement d'oxydes d'azote et plus particulièrement de NO thermique puisque les modèles existants se basent sur des hypothèses grossières qui ne permettent pas d'estimer les NOx produits de manière précise. Nous avons alors proposé une modélisation de la formation des NOx basée sur la chimie détaillée limitant ainsi les hypothèses requises. Pour tester ces modèles, nous avons réalisé des simulations numériques sur deux configurations 2D de laboratoire et une configuration 3D d'un brûleur de four verrier et ce sur les trois modes de combustion : prémélangée, partiellement prémélangée et non prémélangée. Les résultats obtenus sont très prometteurs et ont montré la capacité du modèle développé à décrire la combustion turbulente en y intégrant la chimie détaillée.De plus, le modèle de NOx a montré un comportement cohérent en fonction des principaux paramètres du problème. Il reste, toutefois, à être validé par des données expérimentales.
Book Synopsis Turbulent Combustion Modeling by : Tarek Echekki
Download or read book Turbulent Combustion Modeling written by Tarek Echekki and published by Springer Science & Business Media. This book was released on 2010-12-25 with total page 496 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Turbulent combustion sits at the interface of two important nonlinear, multiscale phenomena: chemistry and turbulence. Its study is extremely timely in view of the need to develop new combustion technologies in order to address challenges associated with climate change, energy source uncertainty, and air pollution. Despite the fact that modeling of turbulent combustion is a subject that has been researched for a number of years, its complexity implies that key issues are still eluding, and a theoretical description that is accurate enough to make turbulent combustion models rigorous and quantitative for industrial use is still lacking. In this book, prominent experts review most of the available approaches in modeling turbulent combustion, with particular focus on the exploding increase in computational resources that has allowed the simulation of increasingly detailed phenomena. The relevant algorithms are presented, the theoretical methods are explained, and various application examples are given. The book is intended for a relatively broad audience, including seasoned researchers and graduate students in engineering, applied mathematics and computational science, engine designers and computational fluid dynamics (CFD) practitioners, scientists at funding agencies, and anyone wishing to understand the state-of-the-art and the future directions of this scientifically challenging and practically important field.
Book Synopsis Etude expérimentale et modélisation de la combustion turbulente dans les foyers de statoréacteurs by : Xavier Montazel
Download or read book Etude expérimentale et modélisation de la combustion turbulente dans les foyers de statoréacteurs written by Xavier Montazel and published by . This book was released on 1994 with total page 271 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail porte sur l'étude expérimentale et la simulation numérique de la combustion turbulente dans les foyers de statoréacteurs a prises d'air latérales. Dans un premier temps, le montage expérimental et les différents diagnostics utilises sont présentes. L'écoulement moyen dans le foyer, avec et sans combustion, est étudié a l'aide de mesures de vélocimétrie a fil chaud, d'anémométrie Laser-Doppler, de visualisation des champs d'émission spontanée CH et de tomographie laser. Les résultats montrent que l'écoulement non réactif est le siège de battements antisymétriques des jets. L'écoulement avec combustion est stable pour la plupart des régimes pauvres mais devient instable pour les régimes riches. Il se développe alors un battement symétrique des deux jets incidents. Le second chapitre présente les bases de l'aérothermochimie et les équations de la combustion turbulente. Les diagrammes de combustion turbulente prémélangée indiquent que la combustion dans ce type de configuration appartient au régime de flammelettes. Le modèle de combustion utilise pour la simulation numérique est un modèle de flammelettes particulier, le modèle de flamme cohérente. Ce modèle, détaillé dans une troisième partie, est constitué d'un sous-modèle global et d'un sous-modèle local. Le niveau global comprend principalement une équation de transport pour la surface de flamme, qui représente les mécanismes physiques responsables de la convection, de l'accumulation et de la destruction des éléments de flamme. Le niveau local fournit les propriétés chimiques de cette surface. Une fermeture est proposée pour tous les termes inaccessibles directement, apparaissant dans l'équation de densité de surface de flamme. On s'intéresse en particulier aux effets de l'étirement, de la propagation laminaire de la flamme et de la courbure du front. Le programme de calcul utilise pour la validation de la modélisation décrite précédemment est présente au quatrième chapitre. L'influence de la méthode numérique utilisée ainsi que celle du maillage sont étudiées. Enfin, les développements du modèle de flamme cohérente sont valides sur la géométrie du statoréacteur à injection latérale. L'accord avec les données expérimentales s'avère globalement satisfaisant, même si de nombreux points restent encore à améliorer.
Book Synopsis Analyse expérimentale de la combustion turbulente prémélangée pour la simulation aux grandes échelles by : Ronnie Knikker
Download or read book Analyse expérimentale de la combustion turbulente prémélangée pour la simulation aux grandes échelles written by Ronnie Knikker and published by . This book was released on 2002 with total page 232 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La simulation numérique est un outil important pour mieux comprendre et prédire les systèmes de combustion industriels, où interviennent des phénomènes physiques complexes à des échelles caractéristiques très variées. La simulation des grandes échelles (LES), où les grandes structures de l’écoulement sont calculées explicitement et l’effet des plus petites est modélisé, apparaît alors comme une approche particulièrement prometteuse. Elle nécessite Donc de disposer de modèles décrivant l’action des échelles non-résolues sur les échelles calculées. Le principal objectif de cette thèse est le développement et la validation de modèles de sous-mailles pour la simulation de la combustion turbulente prémélangée. L’étude expérimentale d’une flamme turbulente en V stabilisée derrière un obstacle a été réalisée au moyen de techniques de mesures avancées. Des visualisations du front de flamme instantané effectuées par fluorescence induite par laser ont permis l’analyse de la modélisation de sous-maille du taux de réaction. L’interaction de la flamme avec une onde acoustique a été étudiée car son mécanisme est considéré comme une étape importante dans le développement des instabilités de combustion. De larges structures cohérentes de la flamme ont été observées, ainsi que de fortes contributions du taux de réaction de sous-maille phénomènes qui doivent être reproduits par les modèles LES. Des analyses détaillées des données expérimentales ont conduit au développement d’un modèle basé sur la courbure de la flamme résolue. Ce modèle prédit une action importante du modèle de sous-maille dans les régions où le front de flamme résolu est fortement courbé, en accord avec les expériences. Un second modèle, basé sur le concept de similarité, désormais classique en modélisation pour la simulation des grandes échelles des écoulements non-réactifs, a également été proposé et testé. Un complément attractif à ce modèle a été développé par une extension originale de la théorie des fractals à là LES des écoulements réactifs. La modélisation fractale du taux de réaction de sous-maille est discutée et analysée à partir des données expérimentales. Une formulation dynamique de ce modèle a également été étudiée. Enfin, l’approche LES analysée dans ce travail a été implantées dans un code de calcul numérique existant et des premiers calculs de la configuration expérimentale ont été réalisés. Les aspects critiques de ces simulations sont discutés et les premiers résultats du modèle de similarité proposé sont comparés aux données expérimentales et à un modèle de sous-maille exitant.
Book Synopsis Modeling and Simulation of Turbulent Combustion by : Santanu De
Download or read book Modeling and Simulation of Turbulent Combustion written by Santanu De and published by Springer. This book was released on 2017-12-12 with total page 663 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book presents a comprehensive review of state-of-the-art models for turbulent combustion, with special emphasis on the theory, development and applications of combustion models in practical combustion systems. It simplifies the complex multi-scale and nonlinear interaction between chemistry and turbulence to allow a broader audience to understand the modeling and numerical simulations of turbulent combustion, which remains at the forefront of research due to its industrial relevance. Further, the book provides a holistic view by covering a diverse range of basic and advanced topics—from the fundamentals of turbulence–chemistry interactions, role of high-performance computing in combustion simulations, and optimization and reduction techniques for chemical kinetics, to state-of-the-art modeling strategies for turbulent premixed and nonpremixed combustion and their applications in engineering contexts.
Book Synopsis Recent Advances in Combustion Modelling by : Bernard Larrouturou
Download or read book Recent Advances in Combustion Modelling written by Bernard Larrouturou and published by World Scientific. This book was released on 1991 with total page 250 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This volume gathers the contributions of six world experts to a course on combustion modelling. Therefore, a pedagogical effort has been made in writing up these texts, which cover state of the art advances in most aspects of combustion science. The book is aimed at students, researches and engineers, as was the course.
Book Synopsis Simulation numérique de la combustion turbulente prémélangée par méthodes aux grandes échelles by : Fabrice Charlette
Download or read book Simulation numérique de la combustion turbulente prémélangée par méthodes aux grandes échelles written by Fabrice Charlette and published by . This book was released on 2002 with total page 207 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La simulation numérique de la combustion, qui constitue un outil puissant pour le développement de nombreuses applications industrielles, est rendue difficile par la grande diversité des échelles caractéristiques de la turbulence et par la finesse des zones de réaction. Les méthodes aux grandes échelles ou LES, qui sont étudiées dans ce travail, permettent de s’affranchir des limitations des simulations directes, tout en permettant, notamment au niveau des phénomènes instationnaires, une meilleure description de l’écoulement que la résolution des équations moyennées. Le principal problème de l’application des méthodes aux grandes échelles pour la simulation de la combustion turbulente prémélangée réside dans le fait que l’épaisseur de flamme est généralement très inférieure au pas du maillage du calcul. Afin de se défaire de ce problème de résolution numérique, deux méthodes ont été ici étudiées : l’épaississement artificiel du front de flamme (TP-LES), et l’approche filtrée, pour laquelle une taille de filtre supérieure au pas du maillage a été utilisée. Des expressions analytiques ou basés sur une bibliothèque de flammelettes permettent la fermeture de la partie laminaire de l’approche filtrée. Des tests simples de propagation de flamme attestent du bon contrôle de l’épaisseur de la flamme par l’approche TF-LES et par l’approche filtrée. Pour la propagation turbulente, trois modèles ont été étudiés au cours de ce travail : un modèle algébrique de type Bray-Moss-Libby, un modèle à une équation proposé pour le plissement, et un modèle à fonction d’efficacité avec une loi en puissance. Des résultats de simulations tridimensionnelles d’interaction entre une flamme prémélangée et une turbulence homogène isotrope temporellement décroissante montrent que les trois modèles sont relativement peu dépendants des paramètres numériques des calculs (résolution, facteur d’épaississement, taille du filtre). Par comparaison avec des données expérimentales et de simulation directe, le modèle de plissement de flamme qui suit une loi en puissance à la meilleure estimation de la vitesse de flamme turbulente globale. Pour ce modèle une procédure de détermination dynamique de l’exposant est également proposée et testée avec succès dans la même configuration d’interaction flamme/turbulence.
Book Synopsis Analyse et modélisation du taux de réaction moyen et des mécanismes de transport en combustion turbulente prémélangée by : Guillaume Rymer
Download or read book Analyse et modélisation du taux de réaction moyen et des mécanismes de transport en combustion turbulente prémélangée written by Guillaume Rymer and published by . This book was released on 2001 with total page 339 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le domaine de la combustion turbulente prémélangée. Ils sont plus particulièrement dédiés à l’analyse et à la modélisation de la dynamique d’une flamme turbulente, envisagées ici dans le contexte du modèle de flamme cohérente (CFM). Une description détaillée de l’équation de transport pour la densité de surface de flamme est proposée. Le formalisme des fronts infiniment minces est étendu aux cas de flammes minces. Un soin particulier est apporté à la modélisation du terme de courbure moyen. Le caractère propagatif de ce terme, mis en évidence expérimentalement au cours de travaux précédents, n’est souvent pas pris en compte dans les modèles classiques utilisés usuellement. Par ailleurs, nous proposons également une analyse poussée de la vitesse de propagation de la flamme et de son incidence sur la modélisation des mécanismes de la courbure du front. Des termes supplémentaires sont introduits à cet effet dans le bilan de densité de surface de flamme et sont responsables d’un effet de « bending » observé sur la vitesse de flamme turbulente lorsque l’intensité des fluctuations de vitesse croit. Notre analyse aboutit également à la mise en évidence de lacunes voire d’incohérences dans les relations de fermeture du modèle CFM. En outre, le problème de dégénérescence laminaire, apparaissant dans le cas de flammes peu turbulentes, est identifié. Des solutions sont proposées et testées numériquement avec succès. Des flux turbulents non résolus, favorisant un transport de type contre-gradient, sont ainsi introduits dans les équations de la densité de surface de flamme et de la variable d’avancement. Par ailleurs, un modèle conditionnel, reposant sur une description diphasique gaz frais/gaz brûlés de l’écoulement, est proposé pour appréhender les mécanismes du transport turbulent. Ce modèle est capable de rendre compte de la diffusion à contre-gradient des espèces et du phénomène d’intermittence au sein de la zone de réaction. La validation des modèles et des approches développées au cours de cette thèse est effectuée par la simulation numérique sur des flammes monodimensionnelles et des flammes multidimensionnelles stabilisées.
Book Synopsis Contribution à la modélisation de la combustion turbulente by : Bruno Dillies
Download or read book Contribution à la modélisation de la combustion turbulente written by Bruno Dillies and published by . This book was released on 1995 with total page 245 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Depuis quelques années, des nouvelles méthodes sont apparues pour la mise au point et l'optimisation des chambres de combustion des moteurs d'automobile. Pour compléter les essais au banc moteur de nouvelles motorisations, la simulation numérique des écoulements est ainsi un outil de plus en plus utilise dans le milieu industriel. La thèse porte sur le développement et la validation par l'expérience d'un modèle de calcul de la combustion dans les moteurs diesel. Apres un passage en revue des différentes approches possibles (chapitre 1) de la modélisation de la combustion turbulente, la formulation retenue est présentée. La modélisation adoptée est une formulation dérivée des travaux de Marble et Broadwell (1977) sur le modèle de flamme cohérente. Ce modèle permet de traiter le problème de la modélisation par trois étapes: la modélisation de l'écoulement turbulent (approche k-Ɛ, le calcul des effets cinétiques locaux dans le front de flamme et enfin le calcul du taux de réaction moyen (par l'équation d'évolution de la densité de surface de flamme). Les chapitres suivants sont consacrés d'une part à des aspects théoriques du modèle de flamme cohérente, d'autre part à une application du modèle à la combustion de jets diesel. Le chapitre 2 traite ainsi le cas d'une flamme turbulente de prémélange enflammée par des gaz brules à grande vitesse (flamme pilote de l'ONERA). Des évolutions du modèle ont été testées, en particulier sur la prise en compte de l'effet de l'étirement du front de flamme par l'écoulement moyen et la stabilisation de la flamme par les gaz brûlés. L'implantation de l'équation de densité de surface de flamme dans le code industriel KIVA2 GSM est abordée dans le chapitre 3, dans le cas de la propagation d'une flamme de prémélange dans une chambre de volume constant. Dans le chapitre 4, le modèle de flamme cohérente a trois équations appliqué à la combustion dans les moteurs diesel est décrit en détail, avec en particulier le couplage au modèle de jet diphasique. Le modèle est testé dans le cas de l'inflammation et de la combustion d'un jet de combustible dans une chambre de volume constant. Dans le dernier chapitre, le modèle est appliqué au calcul d'un moteur diesel à injection directe à accès optiques. Les résultats sont comparés avec ceux de la base de données comprenant des grandeurs globales (pression moyenne,) pour plusieurs points de fonctionnement et des grandeurs locales (pénétration du jet dans la chambre de combustion). En dernier lieu, les perspectives de ce travail de recherche sont évoquées: évolutions du modèle de flamme cohérente (équation de densité de surface de flamme, méthodes LES), modélisation et validation plus détaillée des phénomènes d'injection diphasique
Download or read book La Recherche Aérospatiale written by and published by . This book was released on 1995 with total page 484 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:
Book Synopsis Etude de la combustion turbulente non prémélangée et partiellement prémélangée par simulations numériques directes by : Renan Hilbert
Download or read book Etude de la combustion turbulente non prémélangée et partiellement prémélangée par simulations numériques directes written by Renan Hilbert and published by . This book was released on 2002 with total page 216 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail présente l’étude de flammes turbulentes non-prémélangées et partiellement prémélangées par simulations numériques directes (DNS) en utilisant des modèles détaillés de chimie de transport. L’interaction entre une flamme H2/Air et un champ de turbulence est simulée et l’influence de la diffusion différentielle sur la structure de la flamme est qualifiée. On note en particulier l’absence de corrélation entre la température de flamme et le taux de dissipation scalaire quand un modèle de transport élaboré est utilisé, ainsi qu’une modification de la limite d’équilibre. Le ré-établissement de l’équation de flammelettes avec la prise en compte d’un nombre de Lewis non unitaire pour la fraction de mélange Z permet de prendre en compte, au moins partiellement, cet effet. Une simulation de l’interaction entre une flamme non-prémélangée H2/Air et une paire de tourbillons avec des modèles détaillés de chimie et de transport a été réalisée, post traitée et analysée. Une extinction de la flamme est observée et la structure partiellement prémélangée au bord de la zone réactive est étudiée. On montre que le radical OH est un bon traceur de la zone d’extinction de la flamme, mais qu’il ne « voit » pas l’intensification de l’activité chimique dans les zones partiellement prémélangées. L’auto-allumage d’une flamme turbulente non prémélangée a été examiné. Les résultats de DNS permettent d’extraire des informations sur la prévision de la localisation du premier site d’autoallumage, sur l’influence du modèle de transport et sur la structure partiellement prémélangée observée. La répétition des calculs permet une étude statistique de l’influence de la turbulence sur le temps d’allumage. Le test a priori d’un nouveau modèle de combustion turbulente basé sur le concept de densité de surface de flamme généralisée donne de premiers résultats prometteurs.
Book Synopsis Analyse du modèle de flamme cohérente fondée sur l'étude expérimentale d'une flamme turbulente prémélangée stationnaire by : Jean-Marc Duclos
Download or read book Analyse du modèle de flamme cohérente fondée sur l'étude expérimentale d'une flamme turbulente prémélangée stationnaire written by Jean-Marc Duclos and published by . This book was released on 1997 with total page 231 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la modélisation de la combustion turbulente prémélangée, et plus particulièrement dans le régime dit des flammelettes. Des modèles de combustion représentatifs de ce régime et plus particulièrement des modèles à densité de surface de flamme sont présentés puis confrontés à l'expérience. L'étude expérimentale a porté sur l'étude d'une flamme turbulente de prémélange quasi bidimensionnelle stabilisée par un barreau. Cette étude comprend des mesures de vitesse de l'écoulement par vélocimétrie laser Doppler, des mesures de l'émission spontanée du radical CH et des mesures de densité de surface par tomographie laser. Cette étude expérimentale met en évidence quelques points faibles des modèles à densité de surface de flamme qu'il soit à fermeture algébrique ou à équation de transport. Dans la suite, des corrections et des modifications sont apportées à l'un de ces modèles, le modèle de flamme cohérente, et testées numériquement sur la configuration étudiée expérimentalement et des configurations proches. Des tests numériques effectués sur des géométries proches des moteurs automobiles montrent que les modifications introduites ne sont pas aussi utiles dans le domaine de fonctionnement de ces foyers, mais que d'autres aménagement du modèle de flamme cohérente s'imposent, pour que ce modèle puisse être adaptée a la description spécifique de la croissance d'un noyau de flamme turbulent dans un milieu prémélangé hétérogène. Finalement, l'aptitude du modèle de flamme cohérente à représenter la combustion turbulente a été démontrée même si des développements sont et seront nécessaires pour affiner les descriptions.
Book Synopsis Analysis of Inter-scale Turbulence-Chemistry Dynamics with Reduced Physics Simulations for Application to Large-Eddy Simulation of Premixed Turbulent Combustion by : Paulo Lucena Kreppel Paes
Download or read book Analysis of Inter-scale Turbulence-Chemistry Dynamics with Reduced Physics Simulations for Application to Large-Eddy Simulation of Premixed Turbulent Combustion written by Paulo Lucena Kreppel Paes and published by . This book was released on 2019 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Large Eddy Simulation (LES) is a powerful formulation to model turbulent reacting flows with tradeoffs between complexity and resolution. The classical LES framework assumes that the evolution of the more energetic grid-filtered motions are dominated by the dynamical interactions that are explicitly resolved on an "effective grid" that incorporates implicit and/or explicit filtering at the smallest grid-resolvable scales by non-physical friction introduced by the numerical algorithm and modeled terms. The dynamical effects of the unresolved Sub-Filter-Scale (SFS) motions on the evolution of the Resolved-Scale (RS) motions are higher order modulations. However, the application of the classical LES framework to turbulent reacting flows is not clear since dynamically first-order chemical kinetics associated with heat release reside within mostly unresolved SFS thin flame regions. Consequently, key dynamics underlying the function of combustion devices often reside dominantly within unresolved SFS motions in contradiction to the fundamental requirement underlying accurate prediction of resolved-scale dynamics with LES. Furthermore, the topological structure of the flame is necessarily frontal in nature (i.e., sheet-like structure), which poses difficulties for an LES strategy that must model coherent structures that live partially in resolved and partially in subfilter scale fluctuations with a method that treats turbulence eddies as either resolved or subfilter scale. In my research program, we explore the introduction of new modeling elements embedded within current state-of-the-art LES frameworks to capture the impacts of the dynamically dominant inter-scale couplings between RS and SFS motions to improve the predictive accuracy of premixed turbulent combustion evolution at the resolved scales. We aim to systematically refine understanding of the inter-scale interactions between coherent structural features in physical space and in scale space in LES of premixed turbulent combustion. Given the complexity of the interaction between a flame and a complete range of turbulence eddy scales, we analyze reduced physics two-dimensional simulations of the interactions between single-scale vortex arrays and laminar premixed flames, with systematically increasing relative vortex strength creating higher complexity in flame corrugation. To characterize physical-scale space relationships, we apply the Fourier description using a newly developed procedure that removes the broadband Fourier spectral content associated with boundary discontinuities in the non-periodic directions of variables simulated within a finite domain without significant modification of the scales of interest in the original signals. This procedure allows for the analysis of any signal with the Fourier spectral decomposition regardless of the boundary conditions. Using Fourier-space filters, we identify characteristic coherent structural features concurrently in physical and Fourier space in response to flame-eddy interaction and their relative contributions to the SFS and RS variance content of the primary variables of interest. Momentum, energy and species concentrations display different distinct structural features that undergo systematic transition from weak to strong flame-vortex interactions. The primary variables within the dynamical system were classified based on the RS vs. SFS variance content, and distinct structural features in physical and Fourier space were identified for each class. We show that the SFS variance for all variables analyzed is associated with the SFS corrugated flame front, which in 2D Fourier space is associated with a coherent broadband "star-like" pattern that extends from the resolved to the flame subfilter scales. The directional dependences, magnitudes and phase relationships among the Fourier coefficients within the "legs" of the star reflect the power-law spectral representation of fronts and are shown to be closely connected with the direction and magnitude of flame-normal gradients of key variables within the corrugated flame front. We take advantage of the mathematical simplicity of the Fourier spectral description of the nonlinearities in the equations of motion to identify the dominant nonlinear couplings between SFS and RS fluctuations, and from these the SFS content involved in the dominant SFS-RS interactions. In Fourier space the nonlinear terms appear as sums of elemental scale interactions each of which have a well-defined geometrical relationship among wave vectors that form polygons in multidimensional Fourier space. Whereas the shape of the polygon is triangular within advective nonlinearities (triads), it is quadrangular for the chemical nonlinearities (quadrads). This elemental representation of key nonlinearities is used to develop a novel strategy to arrange and down-select the dominant nonlinear inter-scale couplings between SFS and RS motions, from which the corresponding SFS content associated with dynamically dominant RS-SFS dynamics are extracted. The procedure is applied to advective, triadic, and chemical, quadratic, nonlinearities within the LES-filtered governing equations. For primary variables that have most of its energy content at large scales and rapid drops in energy towards small scale, the large-scale features of the dynamically dominant SFS content are shown to be coupled with the smallest resolved scales leading to the corrugations and thickness of the RS flame front. In contrast, the dynamically dominant SFS content of intermediate species involved in heat release rate is shown to follow the smallest corrugations of the flame front reaction zone, which deviate from the RS flame centerline in regions with higher corrugations, such as the flame cusps. The distinct structural features of dynamically dominant SFS content are used for the development of simplified mathematical representations that could be applied within a modeling strategy that directly embeds the interaction between the modeled dominant SFS content and RS evolution within existing LES frameworks to improve the dynamical evolution of resolved-scale motions. From our analysis we develop a number of primary mathematical forms that encapsulate dominant SFS content of momentum, energy and key species variables within advective nonlinearities and show that these produce significant improvements in the time derivatives underlying evolution of the resolved scales. The analysis demonstrates the potential for incorporating directly key energetic and structural features of SFS that significantly impact the evolution of RS motions through key nonlinear dynamic couplings in LES frameworks employing highly simplified mathematical representations. This research lays the groundwork for a Galerkin-like modeling strategy that incorporates highly reduced numbers of basis functions that encapsulate previously determined dominant nonlinear couplings between subfilter-scale structure and resolved-scale evolution.
Book Synopsis Modélisation et simulation numérique de la combustion turbulente dans les moteurs fusée cryotechniques by : François Lacas
Download or read book Modélisation et simulation numérique de la combustion turbulente dans les moteurs fusée cryotechniques written by François Lacas and published by . This book was released on 1989 with total page 293 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Mise au point de modèles représentatifs des phénomènes fondamentaux de la combustion turbulente, monophasique d'hydrogène et d'oxygène dans les moteurs fusée cryotechniques. Application du modèle de la flamme cohérente au cas d'allumage de flamme de diffusion.
Book Synopsis Simulation numérique directe et modélisation de la pollution des flammes turbulentes by : Martin Hilka
Download or read book Simulation numérique directe et modélisation de la pollution des flammes turbulentes written by Martin Hilka and published by . This book was released on 1999 with total page 260 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette thèse a pour objectif d'améliorer les connaissances et les modèles de la combustion turbulente prémélangée et en particulier de la formation des polluants dans les flammes turbulentes. Basée sur une approche de simulation numérique directe, bâtie autour du code NTMIX-CHEMKIN et en tenant compte de cinétiques chimiques complexes, nous avons étudié, d'une part, l'interaction d'une flamme de prémélange plane avec une paire de tourbillons, d'autre part, l'interaction flamme turbulence sur la base d'une turbulence homogène isotrope bidimensionnelle. Les résultats de ces études montrent l'inadéquation de certains schémas cinétiques pour la description de l'interaction flamme-tourbillons et donc, à fortiori, pour l'interaction flamme-turbulence. On trace également l'évolution de grandeurs caractéristiques telles que le taux de dégagement de chaleur et l'émission lumineuse au cours de l'interaction. L'étude de flammes turbulentes montre le rôle du monoxyde de carbone en tant qu'intermédiaire clé entre l'oxydation du combustible méthane et la formation du dioxyde de carbone. On observe également que la formation instantanée du monoxyde d'azote no dans une flamme turbulente suit la même dépendance de la température que celle d'une flamme laminaire et peut donc être modélisée en faisant intervenir la fonction de densité de probabilité de la température de l'écoulement turbulent. Par ailleurs, l'analyse statistique des flammes avec une cinétique chimique complexe montre qu'il n'est pas possible d'obtenir les propriétés représentatives d'une surface de flamme à partir d'un seul iso-contour d'une variable caractéristique. L'exploitation de résultats de simulation numérique directe pour ce type de modèles de combustion nécessite l'introduction de grandeurs globales, définies ici par intégration perpendiculaire au front de flamme.
Book Synopsis Modélisation et théorie des flammes by : Roland Borghi
Download or read book Modélisation et théorie des flammes written by Roland Borghi and published by Editions TECHNIP. This book was released on 2000 with total page 520 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Théorie de la combustion : flammes de prémélange, de diffusion, propagation et stabilisation des flammes, flammes laminaires, flammes turbulentes, brouillard de gouttelettes, écoulements réactifs, et autres phénomènes thermochimiques impliqués dans les chambres de combustion pour la propulsion ou la production d'énergie.
