شبيه‌سازي ادي‌هاي بزرگ شعله هاي سنديا D، E و F با توسعه‌ مدل اشتعال لايه اختلاطي متغير(VIML) در توليد كتابخانه دوبعدي FGM

The Large Eddy Simulation of the Sandia D, E, and F flames using FGM model based on the VIML novel approach

كتابخانه فليملت FGM براساس دو بعد كسر مخلوط و متغير پيشروي شكل‌گرفته است. با اين كتابخانه امكان شبيه‌سازي احتراق براي جريان سوخت و اكسنده با تركيب شيميايي ثابت وجود دارد. شبيه‌سازي احتراق با استفاده از مدل فليملت نيازمند افزايش ابعاد كتابخانه فليملت به بيش از دو بعد است. شعله‌هاي پايلوت دار سنديا ازجمله شعله‌هاي با چند جريان ورودي است كه از جت سوخت، جريان داغ پايلوت و هوا شكل‌گرفته‌اند. افزايش ابعاد كتابخانه فليملت منجر به افزايش قابل‌توجه حجم كتابخانه و افزايش هزينه محاسباتي در فرايند بازخواني و ميان‌يابي داده‌ها از اين كتابخانه مي‌شود. اين مقاله به معرفي روشي ابداعي باهدف توليد كتابخانه دوبعدي فليملت براي ميدان جرياني با چند ورودي و يا تركيب غيرثابت سوخت و اكسنده ورودي مي‌پردازد. روش ابداعي بر پايه روش مدل اشتعال لايه اختلاط (IML) توسعه‌يافته و مدل اشتعال لايه اختلاطي متغير (VIML) نام‌گذاري مي‌شود. براي اعتبارسنجي اين مدل پيشنهادي، از شبيه‌سازي ادي‌هاي بزرگ (LES) شعله‌هاي سنديا D، E و F با اعداد رينولدز 22400، 33600 و 44800 بهره گرفته‌ شده است. نتايج شبيه‌سازي ادي‌هاي بزرگ نشان مي‌دهد كه كتابخانه دوبعدي توانايي مدل‌سازي ميدان جريان را با سه ورودي متفاوت را دارد و مي‌تواند به‌عنوان جايگزين كتابخانه هايي با ابعاد بيش از دوبعد گردد كه منجر به كاهش زمان محاسبه فرايند بازيابي اطلاعات و كاهش حافظه رم موردنياز براي ذخيره كتابخانه به مقدار قابل‌توجهي مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي نشان‌دهنده همخواني مناسب مقادير ميانگين و واريانس كسر مخلوط و دما با داده‌هاي تجربي براي هر سه شعله است. افزايش عدد رينولدز باعث افزايش خطا قبل از توسعه جريان جت در محاسبه دما شده كه ناشي از عدم دقت در پيش‌بيني كسر مخلوط در آن محدوده است.

The flamelet library in FGM model is constructed based on mixture fraction and progress variable. This library facilitates to model the reactive flow precisely only in the case of two fuel/oxidizer in-flow streams. For the case of more in-flow streams, e.g. Sandia piloted flames fuel jet/ pilot/ air, it is needed to extend dimensions of the FGM library. This extension increase the size of stored data leads to higher computational cost. In this paper, the main motivation is to develop the Ignition Mixing Layer method (IML) to the Variable Ignition Mixing Layer (VIML) as the novel approach to generate the 2D FGM table for multi in-flow streams. Large Eddy Simulations of the Sandia D, E, and F with Reynolds number of 22400, 33600, and 44800 were conducted to validate this method. The LES results show a good agreement on the mean and variance of the mixture fraction and temperature. Therefore, the VIML is a successful model to simulate multi in-flow streams with 2D FGM library.