Large eddy simulation of soot evolution in turbulent nonpremixed bluff body flames
Large eddy simulation of soot evolution in turbulent nonpremixed bluff body flames
复制标题
湍流非预混钝体火焰烟灰演化的大涡模拟
DOI：
10.1016/j.proci.2022.07.142
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发表时间：
2023
影响因子：
3.4
通讯作者：
Mueller, Michael E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Maldonado Colmán, Hernando;Duvvuri, Pavan Prakash;Mueller, Michael E.
大涡模拟 (LES) 用于研究一系列具有不同钝体直径的湍流非预混钝体火焰中的烟灰演变。该建模框架依赖于烟灰子过滤器概率密度函数 (PDF) 模型的最新发展，该模型可以正确解释烟灰相对于混合分数的分布，纠正先前烟灰子过滤器 PDF 模型中显着高估烟灰氧化的错误。使用之前的烟灰子过滤器 PDF 模型，在过去对类似钝体火焰的研究中，在再循环区之外没有观察到烟灰。使用当前 LES 建模方法获得的结果与流场和烟灰体积分数的实验测量结果相当。值得注意的是，当前的 LES 建模方法正确预测了再循环区中的大烟灰体积分数、通过高应变颈部区域的烟灰体积分数的减少，以及随后在下游喷射状区域中再次增加。与实验测量一致，较大的钝体直径及其较大的再循环区和较长的停留时间，在再循环区中产生更多的烟灰，并且在高应变颈部区域中也产生更多的烟灰。对烟灰体积分数源项的分析可以从机械角度理解整个钝体火焰中的烟灰演变。再循环区中产生的大部分烟灰被氧化，但一些未氧化的烟灰逸出并被动地通过颈部区域输送。实际上，在下游喷射状区域中没有形成新的烟灰，并且喷射状区域中烟灰体积分数的增加是由于通过颈部区域输送的烟灰的基于乙炔的表面生长。这种机制无法用以前的烟灰子过滤器 PDF 模型来预测，而最近的烟灰子过滤器 PDF 模型对于理解这一基本机制至关重要。
Large Eddy Simulation (LES) is utilized to investigate soot evolution in a series of turbulent nonpremixed bluff body flames featuring different bluff body diameters. The modeling framework relies on recent development in the soot subfilter Probability Density Function (PDF) model that can correctly account for the distribution of soot with respect to mixture fraction, correcting errors in previous soot subfilter PDF models that significantly overpredict soot oxidation. With the previous soot subfilter PDF model, no soot was observed outside of the recirculation zone in past studies on similar bluff body flames. Results obtained with the current LES modeling approach compare favorably with the experimental measurements of the flow field and the soot volume fraction. Notably, the current LES modeling approach correctly predicts large soot volume fractions in the recirculation zone, a decrease in the soot volume fraction through the high-strain neck region, and then an increase again in the downstream jet-like region. Consistent with the experimental measurements, the larger bluff body diameter, with its larger recirculation zone with longer residence times, generates more soot in the recirculation zone and also more soot in the high-strain neck region. Analysis of the soot volume fraction source terms lead to mechanistic understanding of soot evolution in the entirety of the bluff body flames. Most of the soot generated in the recirculation zone is oxidized but some escapes unoxidized and is passively transported through the neck region. Virtually no new soot forms in the downstream jet-like region, and the increase in the soot volume fraction in the jet-like region is due to acetylene-based surface growth of the soot transported through the neck region. This mechanism could not be predicted with the previous soot subfilter PDF model, with the recent soot subfilter PDF model being critical in the understanding of this basic mechanism.
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DOI：
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发表时间：
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CABOT, WH
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