Sparse particle methods for turbulent premixed combustion

湍流预混燃烧的稀疏粒子方法

基本信息

项目摘要

Novel burner concepts are primarily designed for lean premixed combustion. To guarantee ignition and operational safety, some local fuel stratification is needed, however, leading to inhomogeneities of the fuel-air mixture. The additional requirements of higher throughput and a size reduction of the combustion chambers may increase the turbulence levels such that the predominant flame regime shifts from the flamelet to the thin-flame regime. Current combustion models are usually based on the flamelet assumption, and no current model can reliably predict fuel stratification and deviations from the flamelet regime.The proposed study will develop a particle based Monte Carlo method for the modelling of turbulent premixed flames. Every Monte Carlo (PDF) particle represents an instantaneous, local solution of a fluid element. These instantaneous solutions then allow for the approximation of the joint probability density function (PDF) of the chemical composition of the gas phase and thus of the inner structure of the premixed flame. The conservation equations for the velocity field are solved in a Eulerian framework with the aid of large-eddy simulations (LES).The modelling of molecular and turbulent diffusion pose the major challenge: the application of standard mixing models to premixed combustion leads to uncontrolled and unphysical mixing across the flame front that hinder the accurate prediction of the flame structure and even of the burning velocity. The novelty of the proposed work is the use of a sparse particle method for the computation of the gas phase composition PDF. Conventional particle methods require between 20 and 50 particles per LES cell and their numerical solution can be extremely costly. The particle number can be lowered to less than 1 particle per 10 LES cells when using sparse methods, and simulation times can be significantly reduced. This is realized by conditioning of the mixing operator on a reference field. And it is this reference field that can be used to model diffusion as a multistep process that prevents mixing across the flame front and ensures a continuous increase of particle temperature in the preheat zone and limits particle ignition and heat release to the reaction zone.First, direct numerical simulations (DNS) of simple, statistically one-dimensional flames will aid the development of new closures. Then, the DNS configuration will be extended to include fuel stratification. In a final step, the new closures will be applied to real laboratory flames and will be validated with the aid of available experimental data.
新颖的燃烧器概念主要是为稀薄预混燃烧而设计的。然而,为了保证点火和操作安全,需要进行一些局部燃料分层,从而导致燃料-空气混合物的不均匀性。更高的吞吐量和减小燃烧室尺寸的额外要求可能会增加湍流水平,使得主要火焰状态从小火焰状态转变为薄火焰状态。当前的燃烧模型通常基于小火焰假设,并且当前没有模型能够可靠地预测燃料分层和小火焰状态的偏差。本研究将开发一种基于粒子的蒙特卡罗方法,用于模拟湍流预混火焰。每个蒙特卡罗 (PDF) 粒子都代表流体元素的瞬时局部解。然后,这些瞬时解可以近似气相化学成分的联合概率密度函数(PDF),从而近似预混合火焰的内部结构。借助大涡模拟 (LES),在欧拉框架中求解速度场守恒方程。分子和湍流扩散的建模提出了主要挑战:将标准混合模型应用于预混燃烧会导致整个火焰前锋的不受控制和非物理混合,从而阻碍了火焰结构甚至燃烧速度的准确预测。该工作的新颖之处在于使用稀疏粒子方法来计算气相成分 PDF。传统的粒子方法每个 LES 单元需要 20 到 50 个粒子,并且其数值求解成本可能极其昂贵。使用稀疏方法时,粒子数量可以降低到每 10 个 LES 单元 1 个以下,并且可以显着减少模拟时间。这是通过在参考场上调节混合算子来实现的。正是这个参考场可用于将扩散建模为多步过程,防止整个火焰前锋的混合,确保预热区颗粒温度的持续升高,并限制颗粒点火和热量释放到反应区。首先,简单的统计一维火焰的直接数值模拟(DNS)将有助于新封闭件的开发。然后,DNS 配置将扩展到包括燃料分层。最后一步,新的封闭装置将应用于真实的实验室火焰,并将借助可用的实验数据进行验证。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr. Andreas Kronenburg其他文献

Professor Dr. Andreas Kronenburg的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr. Andreas Kronenburg', 18)}}的其他基金

Vormischflammen und geschichtete Flammen unter technisch relevanten Bedingungen: Modellierung der thermochemischen Zustände und der Flammenstruktur
技术相关条件下的预混合火焰和分层火焰:模拟热化学状态和火焰结构
  • 批准号:
    224559072
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Flammensynthese kleinster Partikel: Modellierungsstrategien für die Partikelproduktion in turbulenten, reaktiven Strömungen
微小颗粒的火焰合成:湍流、反应流中颗粒产生的建模策略
  • 批准号:
    200341289
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Gemisch- und Partikelbildung im überkritischen Antisolvent-Sprühverfahren
超临界抗溶剂喷雾过程中的混合物和颗粒形成
  • 批准号:
    197545993
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Modelling of Turbulent Spray Flames with Variable Degrees of Fuel Pre-Evaporation
具有不同程度的燃料预蒸发的湍流喷雾火焰的建模
  • 批准号:
    158600480
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Modelling differential diffusion using sparse particle methods
使用稀疏粒子方法模拟微分扩散
  • 批准号:
    439610422
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Deep learning methods for improved numerical simulations of pulverised biomass combustion
用于改进粉状生物质燃烧数值模拟的深度学习方法
  • 批准号:
    513858356
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Sparse-Lagrangian Particle Methods for Spray Combustion
喷雾燃烧的稀疏拉格朗日粒子方法
  • 批准号:
    390544712
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Statistical modeling of collision frequencies of non-spherical agglomerates
非球形团聚体碰撞频率的统计模型
  • 批准号:
    444076285
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Hetero-aggregation of nanoparticles in advective environments
平流环境中纳米颗粒的异质聚集
  • 批准号:
    462463789
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes

相似国自然基金

环形等离子体中的离子漂移波不稳定性和湍流的保结构Particle-in-Cell模拟
  • 批准号:
    11905220
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
高效率单细胞分析微流控芯片的机理研究
  • 批准号:
    31970754
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
酵母RNase MRP的结构及催化机制研究
  • 批准号:
    31900929
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于多禁带光子晶体微球构建"Array on One Particle"传感体系
  • 批准号:
    21902147
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    27.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
微流控技术构筑分子型胶体光子晶体微珠及其在光催化领域的应用研究
  • 批准号:
    21703197
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
引入昆虫复视机制的粒子滤波算法及其视觉伺服应用研究
  • 批准号:
    61175096
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
电子聚焦电场增强等离子体离子注入/沉积基本理论研究
  • 批准号:
    11075012
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    48.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
微复型过程中聚合物流动填充机理的可视化实验分析
  • 批准号:
    50975227
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
空气污染(主要是diesel exhaust particle,DEP)和支气管哮喘关系的研究
  • 批准号:
    30560052
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

New Algorithms for Cryogenic Electron Microscopy
低温电子显微镜的新算法
  • 批准号:
    10543569
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
A next-generation extendable simulation environment for affordable, accurate, and efficient free energy simulations
下一代可扩展模拟环境,可实现经济、准确且高效的自由能源模拟
  • 批准号:
    10638121
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Manipulation of Host Tissue to Induce a Hierarchical Microvasculature
操纵宿主组织以诱导分层微脉管系统
  • 批准号:
    10637683
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Tumor-Targeted Multimodality Nanoscale Coordination Polymers for Chemo-Immunotherapy of Metastatic Colorectal Cancer
用于转移性结直肠癌化疗免疫治疗的肿瘤靶向多模态纳米配位聚合物
  • 批准号:
    10639649
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Mucosal immunity to sapovirus in early childhood
幼儿期对沙波病毒的粘膜免疫
  • 批准号:
    10677051
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Silica Nanocapsule-Mediated Nonviral Delivery of CRISPR Base Editor mRNA and Allele Specific sgRNA for Gene Correction in Leber Congenital Amaurosis
二氧化硅纳米胶囊介导的 CRISPR 碱基编辑器 mRNA 和等位基因特异性 sgRNA 非病毒传递用于 Leber 先天性黑蒙的基因校正
  • 批准号:
    10668166
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Multimodal Label-Free Nanosensor for Single Virus Characterization and Content Analysis
用于单一病毒表征和内容分析的多模式无标记纳米传感器
  • 批准号:
    10641529
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Molecular dissection of extrachromosomal DNA formation, development, and evolution
染色体外 DNA 形成、发育和进化的分子解剖
  • 批准号:
    10640520
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Spatiotemporal visualization of adenylyl cyclase signaling
腺苷酸环化酶信号传导的时空可视化
  • 批准号:
    10664707
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Optimization of a Self-Adjuvanting Particle System for Delivering Respiratory Syncytial Virus Prefusion Protein
用于输送呼吸道合胞病毒预融合蛋白的自我辅助颗粒系统的优化
  • 批准号:
    10666079
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了