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Enregistrement W1486826669 · doi:10.1108/hff-09-2014-0272

Unsteady RANS and scale adaptive simulations of a turbulent spray flame in a swirled-stabilized gas turbine model combustor using tabulated chemistry

2015· article· en· W1486826669 sur OpenAlexaff
Alain Fossi, Alain deChamplain, Benjamin Akih‐Kumgeh

Notice bibliographique

RevueInternational Journal of Numerical Methods for Heat &amp Fluid Flow · 2015
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueCombustion and flame dynamics
Établissements canadiensUniversité Laval
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésTurbulenceCombustorReynolds-averaged Navier–Stokes equationsCombustionMechanicsJet (fluid)Combustion chamberComputational fluid dynamicsThermodynamicsMaterials scienceChemistryPhysicsPhysical chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Purpose – The purpose of this paper is to numerically investigate the three-dimensional (3D) reacting turbulent two-phase flow field of a scaled swirl-stabilized gas turbine combustor using the commercial computational fluid dynamic (CFD) software ANSYS FLUENT. The first scope of the study aims to explicitly compare the predictive capabilities of two turbulence models namely Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes and Scale Adaptive Simulation for a reasonable trade-off between accuracy of results and global computational cost when applied to simulate swirl-stabilized spray combustion. The second scope of the study is to couple chemical reactions to the turbulent flow using a realistic chemistry model and also to model the local chemical non-equilibrium(NEQ) effects caused by turbulent strain such as flame stretching. Design/methodology/approach – Standard Eulerian and Lagrangian formulations are used to describe both gaseous and liquid phases, respectively. The computing method includes a two-way coupling in which phase properties and spray source terms are interchanging between the two phases within each coupling time step. The fuel used is liquid jet-A1 which is injected in the form of a polydisperse spray and the droplet evaporation rate is calculated using the infinite conductivity model. One-component (n-decane) and two-component fuels (n-decane+toluene) are used as jet-A1 surrogates. The combustion model is based on the mean mixture fraction and its variance, and a presumed-probability density function is used to model turbulent-chemistry interactions. The instantaneous thermochemical state necessary for the chemistry tabulation is determined by using initially the equilibrium (EQ) assumption and thereafter, detailed NEQ calculations through the steady flamelets concept. The combustion chemistry of these surrogates is represented through a reduced chemical kinetic mechanism (CKM) comprising 1,045 reactions among 139 species, derived from the detailed jet-A1 surrogate model, JetSurf 2.0 using a sensitivity based method, Alternate Species Elimination. Findings – Numerical results of the gas velocity, the gas temperature and the species molar fractions are compared with their experimental counterparts obtained from a steady state flame available in the literature. It is observed that, SAS coupled to the tabulated flamelet-based chemistry, predicts reasonably the main flame trends, while URANS even provided with the same combustion model and computing resources, leads to a poor prediction of the global flame trends, emphasizing the asset of a proper resolution when simulating spray flames. Research limitations/implications – The steady flamelet model even coupled with a robust turbulence model does not reproduce accurately the trend of species with slow oxidation kinetics such as CO and H2, because of the restrictiveness of the solutions space of flamelet equations and the assumption of unity Lewis for all species. Practical implications – This work is adding a contribution for spray flame modeling and can be seen as an extension to the significant efforts for the modeling of gaseous flames using robust turbulence models coupled with the tabulated flamelet-based chemistry approach to considerably reduce computing cost. The exclusive use of a commercial CFD code widely used in the industry allows a direct application of this simulation approach to industrial configurations while keeping computing cost reasonable. Originality/value – This study is useful to engineers interested in designing combustors of gas turbines and others combustion systems fed with liquid fuels.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,019
Score d'incertitude au seuil0,037

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,048
Tête enseignante GPT0,347
Écart entre enseignants0,299 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations15
Publié2015
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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