شبيه سازي عددي آتش در اتاق با مدل احتراقي توليد فليملت منيفولد و مقايسه با مدل هاي احتراقي ديگر

Numerical Simulation of Compartment Fire with Flamelet Generated Manifold and Comparison with Other Combustion Models

در اين مقاله، از روش شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ استفاده شد و روش تك-معادله‌اي به عنوان روش زير شبكه اتخاذ گرديد. همچنين شبيه‌سازي‌ها به صورت سه‌بعدي، غير دائم و تك فاز انجام مي‌شود و عدد فرود 0/000255 در نظر گرفته مي‌شود. به‌منظور بررسي دقيق اثر مدل احتراقي، مدل احتراقي توليد فليملت منيفولد در شبيه‌سازي آتش در اتاق استفاده مي‌شود و نتايج اين مدل احتراقي با مدل‌هاي سينتيك بسيار سريع و اضمحلال گردابه مقايسه مي‌شود. با مقايسه‌ي نتايج مشاهده مي‌شود كه در سناريوي آتش در فضاي اتاق با نرخ آزادسازي حرارت 62/9 كيلووات، دماي متوسط در شعله به‌طور تقريبي 1500 كلوين مي‌شود. همچنين، نتايج مدل احتراقي اضمحلال گردابه و سينتيك بسيار سريع بهتر از مدل احتراقي ‌توليد فليملت منيفولد نتايج دما را پيش‌بيني كرده‌اند؛ اما در پيش‌بيني سرعت هر سه مدل احتراقي با خطاي نسبي كمتر از 10 درصد، به نتايج تجربي نزديك هستند. با توجه به هزينه‌ي محاسباتي پايين مدل توليد فليملت منيفولد و توانايي استفاده از سينتيك كامل در اين مدل احتراقي و همچنين دقت قابل قبول آن، استفاده از اين مدل در شبيه‌سازي آتش در اتاق، مناسب است.

In this paper, the large eddy simulation was used and the one-equation method was adopted as the sub-grid method. In addition, the simulations are performed in three-dimensional, unsteady, and single-phase case and the Froude number is considered 0.000255. To investigate the effect of the combustion model, the combustion model of flamelet generated manifold is used in the simulation of fire in the room and the results of this combustion model are compared with infinite fast chemistry models and eddy dissipation models. Comparing the results, it can be seen that in the fire scenario in the room with a heat release rate of 62.9 kW, the mean temperature in the flame is approximately 1500 Kelvin. Also, the results of the eddy dissipation combustion model and infinite fast chemistry predict the temperature results better than the flamelet generated manifold combustion model; but, all three combustion models are close to experimental results with a relative error of less than 10%, in predicting the velocity. Due to the low computational cost of the flamelet generated manifold model and the ability to use detailed kinetics in this combustion model, as well as its acceptable accuracy, it is appropriate to use this model in the compartment fire simulation.