Large Eddy Simulation of turbulent nonpremixed sooting flames: Presumed subfilter PDF model for finite-rate oxidation of soot
Large Eddy Simulation of turbulent nonpremixed sooting flames: Presumed subfilter PDF model for finite-rate oxidation of soot
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湍流非预混烟灰火焰的大涡模拟：用于烟灰有限速率氧化的假定子过滤 PDF 模型
DOI：
10.1016/j.combustflame.2022.112602
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发表时间：
2023
影响因子：
4.4
通讯作者：
Mueller, Michael E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Maldonado Colmán, Hernando;Attili, Antonio;Mueller, Michael E.
由于复杂的子过滤器烟灰-湍流-化学相互作用，使用大涡模拟 (LES) 对湍流反应流中的烟灰演化进行建模具有挑战性。烟灰颗粒在富含燃料的混合物中形成，随后在被输送到贫燃料混合物时被氧化。在之前的工作中，通过将烟灰严格限制在生长速率超过氧化速率的混合物中，这种现象被明确编码到假定的烟灰子过滤 PDF 模型中。然而，该模型隐含地假设氧化速度无限快。在这项工作中，提出了一种新的假定的烟灰子过滤 PDF 模型来解释有限速率烟灰氧化。通过将无扩散烟灰颗粒相对于混合分数等值线的局部相对运动与局部氧化速率进行比较，对烟灰相对于火焰结构（混合分数）的分布进行建模。当氧化速率受到抑制或传输速率非常快时，烟灰可以进一步渗透到贫燃料混合物中。该模型可以允许烟灰穿过火焰泄漏，这是冒烟火焰中的一个关键现象。新模型首先针对湍流非预混喷射火焰的直接数值模拟 (DNS) 数据库进行了验证，然后针对实验室规模的湍流喷射火焰中的实验测量进行了后验验证。先验结果显示与过滤后的 DNS 数据非常吻合，并且显示可以正确考虑低 Damköhler 数下的烟灰泄漏。最后，湍流烟灰喷射火焰的 LES 结果表明，与之前的工作相比，使用新的烟灰子过滤器模型的烟灰预测得到了改进。在这种火焰中，如在实验中一样，在烟灰区域的开始附近发现了烟灰泄漏的证据，并且这种烟灰泄漏不能用先前假定无限快速氧化的子过滤器模型来预测。
Modeling soot evolution in turbulent reacting flows using Large Eddy Simulation (LES) is challenging due to the complex subfilter soot-turbulence-chemistry interactions. Soot particles form at fuel-rich mixtures and are subsequently oxidized as they are transported toward fuel-lean mixtures. In previous work, this phenomenology was explicitly encoded into a presumed subfilter PDF model for soot by confining soot strictly to mixtures where growth rates exceed oxidation rates. However, this model implicitly assumed that oxidation is infinitely fast. In this work, a new presumed subfilter PDF model for soot is proposed to account for finite-rate soot oxidation. The distribution of soot with respect to the flame structure (mixture fraction) is modeled by comparing the local relative motion of diffusionless soot particles with respect to mixture fraction iso-contours with the local oxidation rate. When the oxidation rate is suppressed or the transport rate is very fast, soot is allowed to penetrate further into fuel-lean mixtures. This model can allow for soot leakage across the flame, a critical phenomenon in smoking flames. The new model is validateda prioriagainst Direct Numerical Simulation (DNS) databases of turbulent nonpremixed jet flames and thena posterioriagainst experimental measurements in a laboratory-scale turbulent jet flame.A prioriresults show remarkably good agreement with filtered DNS data and are shown to correctly allow for soot leakage at low Damköhler number. Finally, LES results of the turbulent sooting jet flame show an improvement of soot prediction using the new soot subfilter model compared to previous works. In this flame, as in experiments, evidence of soot leakage is found near the beginning of the sooting region, and this soot leakage cannot be predicted with previous subfilter models that presume infinitely fast oxidation.
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DOI：
10.1016/j.proci.2014.05.084
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1.5
作者：
A. Attili;F. Bisetti;M. Mueller;H. Pitsch
通讯作者：
H. Pitsch
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