The prediction performance of the chemical kinetics for the numerical simulation of MILD combustion was investigated. A wall-confined turbulent methane jet combustor was adopted as a configuration. Four chemical kinetics, such as a global 3-step, WD4, Skeletal, and DRM-19, were investigated, The air stream of the wall-confined MILD jet combustor was diluted with combustion products. It was found that the DRM-19 was optimal for the numerical simulation of the MILD combustion.
In this talk, we will present what we believe is the state-of-the-art of the numerical modeling and simulation of the combustion processes as they relate to typical scramjet engines. The free-stream Mach number is hypersonic, but the speed is not sufficiently decelerated at the inlet/isolator, as in ramjets, so that combustion takes place under supersonic conditions. This creates some difficulties for most turbulence-combustion models. We delve into the details of these problems, by discussing the software programs that have a long track record for scramjet combustion simulation; with a focus on the accuracy of the baseline numerical methods used, the turbulence modeling/simulation approach, the comparative fidelity of the turbulence-combustion interaction models, ability to simulate premixed/non-premixed/partially-premixed, quenching/re-ignition capabilities, the numerical spark-plug method, Damkholer number regimes supported, and the effects of variable Prandtl, Schmidt, and Lewis numbers. Validation results from high-speed and low-speed combustion applications will also be presented.
Combustion instability has been considered as very important issue for developing gas turbine and rocket engine. There is a need for fundamental understanding of combustion instability. In this study, combustion instability was numerically and experimentally investigated in a dump combustor with bluff body. The fuel and air mixture had overall equivalence ratio of 0.9 and was injected toward dump combustor. The pressure oscillation with approximately 256Hz was experimentally obtained. For numerical simulation, the standard k-$\varepsilon$ model was used for turbulence and the hybrid combustion model (eddy dissipation model and kinetically controlled model) was applied. After calculating steady solution, unsteady calculation was performed with forcing small perturbation on initial that solution. Pressure amplitude and frequency measured by pressure sensor is nearly the same as those predicted by numerical simulation. Furthermore, it is clear that a combustion instability involving vortex shedding is affected by acoustic-vortex-combustion interaction. The phase difference between the pressure and velocity is $\pi$/2, and that between the pressure and heat release rate is in excitation range described by Rayleigh, which is obvious that combustion instability for the bluff body combustor meets thermoacoustic instability criterion.
Computational fluid dynamics(CFD) analysis of the thermal flow in a municipal solid waste(MSW) incinerator combustion chamber provides crucial insight on the incinerator performance. However, the combustion of the waste bed is typically treated as an arbitrarily selected profile of combustion gas. A strategy for simultaneous simulation of the waste bed combustion and the thermal flow fields in the furnace chamber was introduced to substitute the simple inlet condition. A waste bed combustion model was constructed to predict the progress of combustion in the bed and corresponding generation of the gas phase species, which assumes the moving bed as a packed bed of homogeneous fuel particles. When coupled with CFD, it provides boundary conditions such as gas temperature and species distribution over the grate, and receives radiative heat flux from CFD. The combined simulation successfully predicted the physical processes of the waste bed combustion and its interaction with the flow fields for various design and operating parameters, which was limited in the previous CFD simulations.
This paper present result of numerical simulation of premixed combustion around a triangle Bluff Body. And a numerical simulation of a premixed flame stabilization by a bluff body was performed using LES Model. The calculated results from the LES showed a good agreement with experiment data than k-model. Premixture combustion has flammability limit, quenching distance, smallest ignition energy has the combustion quality of the back. Bluff body makes a recirculation zone. Therefor velocity of behind bluff body is very slow. It was caused by slowly position speed and the fire occurred after the Bluff Body. Occurrence of fire it made the waste gas of high speed and the thrust made well.
A multidimensional numerical simulation of turbulent combustion in a constant volume bomb is implemented to clarify the effects of swirl on combustion. This simulation includes the ICED-ALE numerical technique, the skew-upwind differencing scheme, the modified .Kappa.-.epsilon. turbulence model, and the combustion model of the Arrhenius type and the turbulence-mixing-control type. The calculations of the turbulent combustion with swirl are carried out. It shows that the results agree with the measurements allowably. Therefore, the effects of swirl on turbulent combustion are examined through the parametric study of swirl.
Oxy-fuel combustion is a reliable way for the reduction of pollutants, the higher combustion efficiency and the separation of carbon dioxide. The review of recent research trends and the prospects of oxy-fuel combustion were presented. The difference in characteristics among oxy-fuel combustion, conventional air combustion, oxy-fuel combustion with flue gas recirculation (FGR) technique was investigated. Recent experiments of oxy-fuel combustion with/without FGR were surveyed in various ways which are optimized burner design, flame characteristics, the soot emission, the radiation effect, the NOx reduction and the corrosion of combustor. Numerical simulation is more important in oxy-fuel combustion because flame temperature is so high that conventional measurement devices have a restricted application. Equilibrium and non-equilibrium chemical reaction mechanisms for oxy-fuel combustion were investigated. Combustion models suitable for the numerical simulation of non-premixed oxy-fuel flame were surveyed.
부분예혼합 연소기 내 연소불안정 분석을 위한 수치적 연구가 수행되었다. 해석은 연료 조건에 따라 수행되었으며 대와류모사(Large eddy simulation, LES) 기법 및 PaSR 연소 모델이 솔버 내에 도입되었다. 수치해석의 타당성을 확인하기 위한 실험과의 비교 검증이 완료되었으며 정량적, 정성적인 일치도가 확인되었다. 연료 조건에 따라 변화하는 연소기 내 화염 특성이 이어서 조사되었으며 연소불안정 발생과의 연관성이 조사되었다. 해석 결과에 따르면 연료 조건에 따라 화염 길이가 크게 변화하였다. 그리고 화염 길이가 충분히 길어질 경우 화염-와류 상호작용이 벽면 주변에서 발생하였으며 이는 연소불안정 발생의 주요 원인이 되었음이 확인되었다.
Current state and perspective of DNS of turbulence and turbulent combustion are discussed with feature trend of the fastest supercomputer in the world. Based on the perspective of DNS of turbulent combustion, possibility of perfect simulations of IC engine is shown. In 2020, the perfect simulation will be realized with 30 billion grid points by 1EXAFlops supercomputer, which requires 4 months CPU time. The CPU time will be reduced to about 4 days if several developments were achieved in the current fundamental researches. To shorten CPU time required for DNS of turbulent combustion, two numerical methods are introduced to full-explicit full-compressible DNS code. One is compact finite difference filter to reduce spatial resolution requirements and numerical oscillations in small scales, and another is well-known point-implicit scheme to avoid quite small time integration of the order of nanosecond for fully explicit DNS. Availability and accuracy of these numerical methods have been confirmed carefully for auto-ignition, planar laminar flame and turbulent premixed flames. To realize DNS of IC engine with realistic kinetic mechanism, several DNS of elemental combustion process in IC engines has been conducted.
A prediction performance of Fire Dynamics Simulator(FDS) developed by NIST for the diffusion flame structure was validated with experimental results of a laminar slot jet diffusion flame. Two mixture fraction combustion models and two finite chemistry combustion models were used in the FDS simulation for the validation of the jet diffusion flame structure. In order to enhance the prediction performance of flame structure, DNS and radiation model was applied to the simulation. The reaction rates of the finite chemistry combustion models were appropriately adjusted to the diffusion flame. The mixture fraction combustion model predicted the diffusion flame structure reasonably. A 1-step finite chemistry combustion model cannot predict the flame structure well, but the simulation results of a 2-step model were in good agreement with those of experiment except $CO_2$ concentration. It was identified that the 2-step model can be used in the investigation of flame suppression limit with further adjustment of reaction rates
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[게시일 2004년 10월 1일]
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