使用二元多矩分段法对湍流非预混火焰中碳烟粒径分布演化的大涡模拟
流体动力学
2024-02-08 v1
摘要
本文开发了多矩分段法(MMSM)的体积-表面联合形式,用于描述湍流反应流中碳烟粒径分布的演化。二元 MMSM(或 BMMSM)在每个分段内考虑三个统计矩,包括每个分段的总碳烟数密度、总碳烟体积和总碳烟表面积。考虑沿体积坐标的线性分布以重建每个分段内的粒径分布,该分布在表面坐标上加权了一个 delta 函数。表面的闭合假设初级颗粒直径恒定,因此每个分段内的表面/体积比恒定。与其严格假设球形的单变量前身相比,BMMSM 中新变量的引入允许描述碳烟的分形团聚形态。BMMSM 在一维层流碳烟火焰的模拟中重现了双峰碳烟粒径分布,与实验测量结果一致。为了展示其在湍流反应流中的性能,将 BMMSM 与大涡模拟框架耦合,以模拟实验室尺度的湍流非预混射流火焰。计算结果与可用的碳烟粒径分布实验测量结果进行了验证,表明 BMMSM 能够重现粒径分布在火焰中向下游移动时从单峰到双峰的演化。总体而言,改变分段数对结果的影响有限,仅需八个分段(即 24 个总自由度)即可获得准确结果。本文还研究了使用不同碳烟统计模型(HMOM)的影响。使用 BMMSM 的总计算成本仅比 HMOM 高约 44%。这一新公式为湍流反应流中的碳烟粒径分布提供了一种计算高效的方法。
引用
@article{arxiv.2402.04556,
title = {Large Eddy Simulation of the evolution of the soot size distribution in turbulent nonpremixed flames using the Bivariate Multi-Moment Sectional Method},
author = {Hernando Maldonado Colmán and Michael E. Mueller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.04556},
year = {2024}
}