A novel model for incorporation of differential diffusion effects in PDF simulations of non-premixed turbulent flames based on reaction-diffusion manifolds (REDIM)
Creators
- 1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul
- 2. Karlsruhe Institute of Technology
- 3. Universität der Bundeswehr München
Description
In this work, reaction-diffusion manifold (REDIM) reduced chemistry is used in the simulation of turbulent non-premixed flames based on a transported-probability density function model. Differential molecular diffusion is applied in the generation of the manifolds. This is the first work to consider the gradients of the reduced variables as additional parameters in the REDIM model, and one-directional gradients are utilized to generate the REDIM reduced chemistry. Hereby, the influence of turbulence on differential molecular diffusion is automatically considered in terms of reduced variable gradients, and the physical transport properties (e.g., diffusion coefficients) are used in a detailed way, without any additional modeling (e.g., unity-Lewis number assumption). Although the scalar gradients appear as multi-directional in a general turbulent reacting flow, previous direct numerical simulation analysis reveals that REDIMs generated from one-directional gradients can accurately describe the system featuring multi-directional gradients, if this one-directional gradient has a major effect on the chemistry. Here, it is proposed to obtain such gradients under the hypothesis that the flame structure is locally one-dimensional at each spatial position. In order to retrieve the gradients of the reduced variables for the interpolation of the thermo-kinetic states from the REDIM table, the sub-grid gradient is evaluated here from the particle fields. The well-known Sandia series of flames is selected to validate the proposed algorithm. The results show that the new algorithm can reproduce the thermo-kinetic quantities with high accuracy for all investigated flames.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
في هذا العمل، يتم استخدام الكيمياء المختزلة لمشعب انتشار التفاعل (REDIM) في محاكاة اللهب المضطرب غير المخلوط بناءً على نموذج دالة الكثافة الاحتمالية المنقولة. يتم تطبيق الانتشار الجزيئي التفاضلي في توليد المشعبات. هذا هو العمل الأول الذي يأخذ في الاعتبار تدرجات المتغيرات المخفضة كمعلمات إضافية في نموذج REDIM، ويتم استخدام التدرجات أحادية الاتجاه لتوليد كيمياء REDIM المخفضة. هنا، يتم اعتبار تأثير الاضطراب على الانتشار الجزيئي التفاضلي تلقائيًا من حيث التدرجات المتغيرة المنخفضة، ويتم استخدام خصائص النقل الفيزيائي (على سبيل المثال، معاملات الانتشار) بطريقة مفصلة، دون أي نمذجة إضافية (على سبيل المثال، افتراض عدد الوحدة لويس). على الرغم من أن التدرجات العددية تظهر على أنها متعددة الاتجاهات في تدفق التفاعل المضطرب العام، إلا أن تحليل المحاكاة الرقمية المباشرة السابق يكشف أن REDIMs المتولدة من تدرجات أحادية الاتجاه يمكن أن تصف بدقة النظام الذي يتميز بتدرجات متعددة الاتجاهات، إذا كان لهذا التدرج أحادي الاتجاه تأثير كبير على الكيمياء. هنا، يُقترح الحصول على مثل هذه التدرجات في إطار الفرضية القائلة بأن بنية اللهب أحادية البعد محليًا في كل موقع مكاني. من أجل استرجاع تدرجات المتغيرات المنخفضة لاستيفاء الحالات الحركية الحرارية من جدول REDIM، يتم تقييم تدرج الشبكة الفرعية هنا من حقول الجسيمات. يتم اختيار سلسلة لهب سانديا المعروفة للتحقق من صحة الخوارزمية المقترحة. تظهر النتائج أن الخوارزمية الجديدة يمكنها إعادة إنتاج الكميات الحرارية الحركية بدقة عالية لجميع اللهب الذي تم التحقيق فيه.Translated Description (French)
Dans ce travail, la chimie réduite du collecteur de réaction-diffusion (REDIM) est utilisée dans la simulation de flammes turbulentes non pré-mélangées basée sur un modèle de fonction de densité de probabilité transportée. La diffusion moléculaire différentielle est appliquée dans la génération des collecteurs. Il s'agit du premier travail à considérer les gradients des variables réduites comme des paramètres supplémentaires dans le modèle REDIM, et des gradients unidirectionnels sont utilisés pour générer la chimie réduite REDIM. Ainsi, l'influence de la turbulence sur la diffusion moléculaire différentielle est automatiquement considérée en termes de gradients variables réduits, et les propriétés de transport physiques (par exemple, les coefficients de diffusion) sont utilisées de manière détaillée, sans aucune modélisation supplémentaire (par exemple, l'hypothèse d'un nombre de Lewis unitaire). Bien que les gradients scalaires apparaissent comme multidirectionnels dans un écoulement réactionnel turbulent général, une analyse de simulation numérique directe antérieure révèle que les REDIM générés à partir de gradients unidirectionnels peuvent décrire avec précision le système présentant des gradients multidirectionnels, si ce gradient unidirectionnel a un effet majeur sur la chimie. Ici, il est proposé d'obtenir de tels gradients dans l'hypothèse où la structure de flamme est localement unidimensionnelle à chaque position spatiale. Afin de récupérer les gradients des variables réduites pour l'interpolation des états thermo-cinétiques à partir de la table REDIM, le gradient de sous-grille est évalué ici à partir des champs de particules. La série de flammes bien connue de Sandia est sélectionnée pour valider l'algorithme proposé. Les résultats montrent que le nouvel algorithme peut reproduire les quantités thermo-cinétiques avec une grande précision pour toutes les flammes étudiées.Translated Description (Spanish)
En este trabajo, la química reducida del colector de reacción-difusión (REDIM) se utiliza en la simulación de llamas turbulentas no premezcladas basadas en un modelo de función de densidad de probabilidad transportada. Se aplica difusión molecular diferencial en la generación de los colectores. Este es el primer trabajo en considerar los gradientes de las variables reducidas como parámetros adicionales en el modelo REDIM, y se utilizan gradientes unidireccionales para generar la química reducida de REDIM. Por la presente, la influencia de la turbulencia en la difusión molecular diferencial se considera automáticamente en términos de gradientes variables reducidos, y las propiedades de transporte físico (por ejemplo, coeficientes de difusión) se utilizan de manera detallada, sin ningún modelado adicional (por ejemplo, suposición de unidad-número de Lewis). Aunque los gradientes escalares aparecen como multidireccionales en un flujo de reacción turbulento general, el análisis de simulación numérica directa anterior revela que las REDIM generadas a partir de gradientes unidireccionales pueden describir con precisión el sistema con gradientes multidireccionales, si este gradiente unidireccional tiene un efecto importante en la química. Aquí, se propone obtener tales gradientes bajo la hipótesis de que la estructura de la llama es localmente unidimensional en cada posición espacial. Con el fin de recuperar los gradientes de las variables reducidas para la interpolación de los estados termocinéticos de la tabla REDIM, el gradiente de la subcuadrícula se evalúa aquí a partir de los campos de partículas. Se selecciona la conocida serie de llamas Sandia para validar el algoritmo propuesto. Los resultados muestran que el nuevo algoritmo puede reproducir las cantidades termocinéticas con alta precisión para todas las llamas investigadas.Files
5.0039160.pdf
Files
(93 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نموذج جديد لدمج تأثيرات الانتشار التفاضلي في محاكاة PDF للهب المضطرب غير المخلوط بناءً على مشعبات انتشار التفاعل (REDIM)
- Translated title (French)
- Un nouveau modèle pour l'incorporation des effets de diffusion différentiels dans les simulations PDF de flammes turbulentes non prémélangées basé sur des collecteurs de réaction-diffusion (REDIM)
- Translated title (Spanish)
- Un nuevo modelo para la incorporación de efectos de difusión diferencial en simulaciones PDF de llamas turbulentas no premezcladas basado en colectores de reacción-difusión (REDIM)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3132885785
- DOI
- 10.1063/5.0039160
References
- https://openalex.org/W1543861211
- https://openalex.org/W1635512248
- https://openalex.org/W1965039637
- https://openalex.org/W1966603338
- https://openalex.org/W1969566189
- https://openalex.org/W1976470561
- https://openalex.org/W1978902128
- https://openalex.org/W1979956892
- https://openalex.org/W1980073354
- https://openalex.org/W1982175845
- https://openalex.org/W1983433586
- https://openalex.org/W1983911456
- https://openalex.org/W1983976742
- https://openalex.org/W1985715354
- https://openalex.org/W1986492322
- https://openalex.org/W1986685564
- https://openalex.org/W1987852518
- https://openalex.org/W1989970838
- https://openalex.org/W1992575789
- https://openalex.org/W1994376567
- https://openalex.org/W1999010882
- https://openalex.org/W1999644043
- https://openalex.org/W2006714937
- https://openalex.org/W2008125897
- https://openalex.org/W2011012479
- https://openalex.org/W2012788460
- https://openalex.org/W2018707998
- https://openalex.org/W2019177898
- https://openalex.org/W2019904253
- https://openalex.org/W2023915551
- https://openalex.org/W2025280653
- https://openalex.org/W2026945066
- https://openalex.org/W2031954861
- https://openalex.org/W2033263927
- https://openalex.org/W2033792124
- https://openalex.org/W2037791121
- https://openalex.org/W2037875418
- https://openalex.org/W2042989197
- https://openalex.org/W2046911385
- https://openalex.org/W2047710483
- https://openalex.org/W2049069130
- https://openalex.org/W2055673064
- https://openalex.org/W2064694415
- https://openalex.org/W2065265641
- https://openalex.org/W2065599283
- https://openalex.org/W2066030388
- https://openalex.org/W2068359460
- https://openalex.org/W2075680387
- https://openalex.org/W2078244459
- https://openalex.org/W2081548270
- https://openalex.org/W2083777820
- https://openalex.org/W2085400274
- https://openalex.org/W2086766307
- https://openalex.org/W2094847837
- https://openalex.org/W2097615965
- https://openalex.org/W2108889504
- https://openalex.org/W2122410471
- https://openalex.org/W2128250427
- https://openalex.org/W2131812804
- https://openalex.org/W2141906015
- https://openalex.org/W2143071566
- https://openalex.org/W2169944043
- https://openalex.org/W2277235283
- https://openalex.org/W2290636543
- https://openalex.org/W2330862144
- https://openalex.org/W2536367182
- https://openalex.org/W2605802882
- https://openalex.org/W2621656860
- https://openalex.org/W2736193944
- https://openalex.org/W2784246966
- https://openalex.org/W2794666269
- https://openalex.org/W2797376879
- https://openalex.org/W2809128535
- https://openalex.org/W2861514906
- https://openalex.org/W2914331337
- https://openalex.org/W2941010715
- https://openalex.org/W2954825490
- https://openalex.org/W2970322862
- https://openalex.org/W2981489985
- https://openalex.org/W3011140913
- https://openalex.org/W3047241689
- https://openalex.org/W3049633737
- https://openalex.org/W3087438223
- https://openalex.org/W3104387984
- https://openalex.org/W3111660247
- https://openalex.org/W4253316471