Везде

RAS Energy, Mechanics & ControlПрикладная математика и механика Journal of Applied Mathematics and Mechanics

  • ISSN (Print) 0032-8235
  • ISSN (Online) 3034-5758

Modeling of ONERA Experiment with Subsonic Premixed Turbulent Flame in Duct with Backward Step

You can
PII
S3034575825010036-1
DOI
10.7868/S3034575825010036
Publication type
Article
Status
Published
Authors
V. V. Vlasenko
  • Affiliation:
    TsAGI
    MIPT
Volume/ Edition
Volume 89 / Issue number 1
Pages
26-48
Abstract
The premixed subsonic turbulent combustion of methane-air mixture in channel with backward step is considered. (Magre P. et al., ONERA, 1975-1989). These experiments represent basic physical mechanisms, which are common for combustion processes in gas turbine units. The brief review of previous works on numerical modeling of these experiments is presented. The new results of numerical investigation of stable flame regime for this experimental setup are presented. The choice of turbulence model and its influence on flow structure are described. Various approaches for turbulent combustion description, based on PaSR (Partially Stirred Reactor) are compared with quasi-laminar approach. The recommendations are given for choice between global and multistage chemical kinetics in combination with different models for turbulence combustion interaction. The influence of variable turbulent Prandtl and Schmidt number model on this flow representation. The ideas for further research are formulated.
Keywords
предварительно перемешанное турбулентное горение численное моделирование взаимодействие турбулентности и горения
Date of publication
03.02.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
46

References

  1. 1. Власенко В.В., Балабанов Р.А., Вэньчао Лю, Молев С.С., Сабельников В.А. Модели для описания дозвуковых течений с предварительно перемешанным турбулентным горением в каналах // ПММ. 2024. Т. 88. № 6. С. 828-836.
  2. 2. Correa S. Non-equilibrium step-stabilized combustion of hydrogen in supersonic air // 24th AIAA/ASME/SAE/ASEE J. Propulsion Conf.: Massachusetts, USA. AIAA paper. 1988. V. 88. 3223. 9 p.
  3. 3. Ueda T., Mizomoto M. Effect of slot gas injection to the flow field and coherent structure characteristics of a backstep flow // Int. J. of Heat Mass Transfer. 2001. V. 44. № 14. P. 2711-2726.
  4. 4. Magre P., Moreau P., Collin G., Borghi R., Pealat M. Further studies by CARS of premixed turbulent combustion in a high velocity flow // Combust.&Flame. 1988. V. 71. № 2. P. 147-168.
  5. 5. Petrova N. Turbulence-chemistry interaction models for numerical simulation of aeronautical propulsion systems. Ph.D. Thesis. Paris, Ecole Polytechnique, 2015. 316 p. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01113856/
  6. 6. Poinsot T., Veynante D. Theoretical and Numerical Combustion. Flourtown: RT Edwards Inc., 2005. 522 p.
  7. 7. Peters N. Turbulent Combustion. Cambridge: Univ. Press, 2000. 304 p.
  8. 8. Lipatnikov A. Fundamentals of Premixed Turbulent Combustion. Boca Raton: CRC Press, 2012. 548 p.
  9. 9. Dupoirieux F., Vincent A., Bertier N., Banh A. Numerical simulation of a premixed CH4-air burner for comparison of RANS and LES methodologies // NEPCAP 2016. October 2016. Sochi, Russia. hal-01400311.
  10. 10. Лебедев А.Б, Токталиев П.Д., Якубовский К.Я. Расчетное исследование турбулентного гомогенного горения смеси метан/воздух методами RANS и LES в малоэмиссионной камере сгорания // Горение и взрыв. 2017. Т. 10. № 4. С. 8-16.
  11. 11. Токталиев П.Д., Якубовский К.Я., Лебедев А.Б. Расчетное исследование неустойчивых режимов гомогенного горения смеси метан/воздух в малоэмиссионной камере сгорания // Горение и взрыв. 2017. Т. 11. № 1. С. 35-46.
  12. 12. Sainte-Rose B. Simulations numeriques d’ecoulements reactifs massivement d’ecolles par une approche hybride RANS/LES / PhD Thes. Paris: Ecole Centrale, 2010. 186 p.
  13. 13. Colin O., Ducros F., Veynante D., Poinsot T. A thickened flame model for large eddy simulations of turbulent premixed combustion// Phys. of Fluids. 2000. V. 12. P. 1843-1863.
  14. 14. Legiert J.P., Poinsott T. Dynamically thickened flame LES model for premixed and nonpremixed turbulent combustion // Studying Turbulence Using Numer. Simul. Databases. 2000. V. VIII. P. 157-168.
  15. 15. Refloch A., Courbet B., Murrone A., Villedieu P., Laurent C., Gilbank P., Troyes J., Tesse L., Chaineray G., Dargaud J.B., Quemerais E., Vuillo F. CEDRE Software. https://web.archive.org/web/20200216012255/http://www.aerospacelab-journal.org/sites/www.aerospacelab-journal.org/files/AL2-11.pdf
  16. 16. Sabelnikov V., Fureby C. LES combustion modeling for high Re flames using a multi-phase analogy // Combust.&Flame. 2013. V. 160. № 1. P. 83-96.
  17. 17. Berglund M., Fedina E., Fureby C., Tegner J., Sabel’nikov V. Finite rate chemistry large-eddy simulation of self-ignition in supersonic combustion ramjet // AIAA J. 2010. V. 48. № 3. P. 540-550.
  18. 18. Petrova N., Sabelnikov V., Bertier N. Numerical simulation of a backward-facing step combustor using RANS/Extended Partially Stirred Reactor model // EUCASS-2015. 17 p.
  19. 19. Лаборатория физического и численного моделирования течений с турбулентностью и горением. http://tsagi.ru/institute/lab220/
  20. 20. Трошин А.И., Молев С.С., Власенко В.В., Михайлов С.В., Бахнэ С., Матяш С.В. Моделирование турбулентных течений на основе подхода iddes c помощью программы zflare // Вычисл. мех. сплошн. сред. 2023. Т. 16. № 2. С. 203-218.
  21. 21. Moule Y., Sabelnikov V., Mura A. Highly resolved numerical simulation of combustion in supersonic hydrogen - air coflowing jets // Combust.&Flame. 2014. V. 161. № 10. P. 2647-2668.
  22. 22. Власенко В.В., Ноздрачев А.Ю., Сабельников В.А., Ширяева А.А. Анализ механизмов стабилизации турбулентного горения по данным расчетов с применением модели реактора частичного перемешивания // Горение и взрыв. 2019. Т. 12. № 1. С. 43-57.
  23. 23. Власенко В.В., Кажан Е.В., Матяш Е.С., Михайлов С.В., Трошин А.И. Численная реализация неявной схемы и различных моделей турбулентности в расчетном модуле ZEUS // Тр. ЦАГИ. 2015. № 2735. С. 5-49.
  24. 24. Балабанов Р.А., Власенко В.В., Ширяева А.А. Опыт валидации моделей турбулентного горения класса PaSR и планы развития этих моделей применительно к камерам сгорания газотурбинных установок // Сб.: Неравновесные процессы: плазма, горение, атмосфера. NEPCAP-2022 / под. ред. Фролова С.М., Ланшина А.И. М.: Торус Пресс. 2022. С. 94-99.
  25. 25. Лю В. Влияние модели химической кинетики на результаты численного моделирования турбулентных течений с горением / Дисс. на соискание уч. ст.к.ф.-м.н. М.: МФТИ, ВЦ им. А.А. Дородницына РАН, 2023. 154 с. https://www.frccsc.ru/sites/default/files/docs/ds/002-073-03/008-lu/24-1-224-02_008_Lu_main.pdf?738
  26. 26. ANSYS CFD. https://www.ansys.com/products/fluids#tab1-2
  27. 27. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model // Turbul., Heat Mass Transfer. 2003. V. 4. № 1. P. 625-632.
  28. 28. Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. 1994. V. 32. № 8. P. 1598-1605.
  29. 29. Басевич В.Я., Беляев А.А., Фролов С.М. Глобальные кинетические механизмы для расчета турбулентных реагирующих течений. Ч. 1. Основной химический процесс тепловыделения // Хим. физ. 1998. Т. 7. № 9. С. 112-128.
  30. 30. Franzelli B., Riber E., Gicquel L.Y., Poinsot Т. Large eddy simulation of combustion instabilities in a lean partially premixed swirled flame // Combust.&Flame. 2012. V. 159. № 2. P. 621-637.
  31. 31. Smooke M.D. Reduced Kinetic Mechanisms and Asymptotic Approximations for Methane-Air Flames: A Topical Volume / Lecture Notes in Phys. Vol. 384. Berlin: Springer, 1991. 251 p.
  32. 32. Bosnyakov S., Kursakov I., Lysenkov A., Matyash S., Mikhailov S., Vlasenko V., Quest J. Computational tools for supporting the testing of civil aircraft configurations in wind tunnels // Progr. in Aerosp. Sci. 2008. V. 44. P. 67-120.
  33. 33. Ширяева А.А. Моделирование высокоскоростных течений со смешанными режимами турбулентного горения на основе трехмерных уравнений Рейнольдса / Дисс. … к.ф.-м.н. М.: МФТИ, 2019. 217 с.
  34. 34. Zeldowitsch J.B., Frank-Kamenetzki D.A. A theory of thermal propagation of flame // in: Dynamics of Curved Fronts. Acad. Press, 1988. P. 131-140.
  35. 35. Berglund M., Fedina E., Fureby C., Tegner J., Sabel’nikov V. Finite rate chemistry large-eddy simulation of self-ignition in supersonic combustion ramjet // AIAA J. 2010. V. 48. № 3. P. 540-550.
  36. 36. Magnussen B.F. The eddy dissipation concept: A bridge between science and technology // ECCOMAS Thematic Conf. on Comput. Combust. Lisbon: 2005.
  37. 37. Chomiak J., Karlsson A. Flame liftoff in diesel sprays // Int. Symp. on Combustion. Elsevier, 1996. V. 26. № 2. P. 2557-2564.
  38. 38. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. La Canada: DCW Industries, 2006. 544 p.
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library