بررسي اثر مدل‌سازي وردايي متغير پيشرفت واكنش در شبيه سازي گردابه هاي بزرگِ شعله آشفته پيش‌مخلوط با مدل خمينه توليدي ريزشعله

Assessment of the progress variable variance modelling on large-eddy simulation of turbulent premixed flames using flamelet-generated manifold model

اين مقاله با دو هدف مرور ادبيات روش‌هاي مدل‌سازي احتراق بر مبناي فرض ريزشعله آرام و همچنين پياده سازي، به‌كارگيري و آناليز حساسيت يكي از اين روش‌ها براي شبيه‌سازي شعله‌هاي پيش‌مخلوط نوشته شده است. امروزه يكي از قابل اعتمادترين روش‌ها براي شبيه‌سازي آشفتگي، روش شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ است. نظر به اينكه هزينه محاسباتي اين روش به مراتب بيشتر از روش‌هاي معمولِ رينولدز- متوسط است، كم‌هزينه‌ترين و در نتيجه پركاربردترين مدل‌هاي احتراقي در شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ روش‌هايي بر پايه فرض ريزشعه آرام است. اين روش‌ها در عين حال محدوديت‌هايي نيز دارند كه در اين پژوهش به تفصيل مورد بحث و بررسي قرار گرفته‌اند. روش خمينه توليدي ريزشعله يكي از اين روش‌هاست كه در اين پژوهش به كمك مدلِ شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ در يك شعله پشت جسم مانع مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه دقت اين روش حساسيت قابل توجهي به مدل زيرشبكه وردايي متغير پيشرفت واكنش و ثابت آن دارد. مدل جبريِ تخمين وردايي زيرشبكه متغير پيشرفت واكنش از دقت كافي براي شبيه‌سازي برخوردار نميباشد، به‌گونه‌اي كه طول شعله حدودا 30 درصد كمتر از مقدار واقعي پيش‌بيني‌ مي‌شود و سرعت محوري در بعضي نقاط تا بيش از 60 درصد خطا دارد. از سوي ديگر در صورت حل معادله انتقال براي وردايي متغير پيشرفت دقت نتايج شبيه‌سازي افزايش قابل ملاحظه‌اي دارد.

The objective of this paper is two-fold: a comprehensive literature review of the combustion model based on the laminar flamelet assumption; and implementation, application and sensitivity analysis of one of these flamelet models for simulation of turbulent premixed flames. Large-eddy simulation is one of the most reliable approaches in turbulence modelling. Since the computational cost of this approach is substantially more significant than the Reynolds-averaged Navier-Stokes models, the most economical and thus widely-used combustion models in the context of large-eddy simulation are models based on the flamelet assumption. Nevertheless, flamelet models have known shortcomings presented and discussed in detail in this work. The Flamelet-Generated Manifold (FGM) model is one of these models utilized in this work for a large-eddy simulation of a turbulent flame stabilized behind a bluff body. The results show that the accuracy of this model depends on the sub-grid scale variance sub-model its parameters. An algebraic model was used to approximate the variance, but the results were not accurate enough; so that the flame height was under-estimated by approximately 30%, and the error in the mean axial velocity was more than 60% at some points in the domain. However, solving a transport equation for this quantity improves the accuracy of the predictions.