Hybrid Eulerian-Lagrangian method for soot modelling applied to ethylene-air premixed flames - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Energy Année : 2020

Hybrid Eulerian-Lagrangian method for soot modelling applied to ethylene-air premixed flames

Résumé

Soot formation has become an important issue in the design of gas turbine combustors due to its environmental impact and its contribution to radiative heat transfer in the combustion chamber. However, efficient and accurate prediction of soot particles formation, growth, oxidation and interaction in gas turbine combustors is still an open field in computational fluid dynamics. The present approach proposes to combine a reduced gas-phase chemistry, a sectional model for polycyclic aromatic hydrocarbons, and a Lagrangian description of soot particles dynamics. The Lagrangian description has been chosen for its ability to simulate the evolution of the particle size distribution. A numerical procedure is proposed to minimise its CPU cost. This approach was successfully applied to the simulation of steady laminar premixed ethylene-air flames at three fuel equivalence ratios, which constitutes a prerequisite towards its use in an aeronautical combustion chamber.
La formation de particules de suie constitue un enjeu du design des moteurs aéronautiques, du fait des contraintes environnementales croissantes dans l'industrie des transports et de la contribution importante des suies au rayonnement dans les chambres de combustion. Toutefois, en CFD, il n'existe actuellement aucune méthode à la fois précise et efficace pour la prédiction de la formation, de la croissance et de l'oxydation des particules de suie. Ainsi, l'approche présentée ici propose de décrire la chimie en phase gazeuse par un mécanisme réactionnel réduit combiné à un modèle sectionnel pour les hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH), et d'y coupler une description Lagrangienne de la dynamique des particules de suie. La description Lagrangienne est en effet très utile pour simuler l'évolution de la distribution en taille des particules. Une méthode numérique de réduction de population permet également ici de réduire le coût CPU du solveur Lagrangien. L'approche a été appliquée avec succès à la simulation de flammes laminaires stationnaires de prémélange à trois richesses différentes, ce qui constitue une première étape vers l'application à un foyer aéronautique.
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hal-02456130 , version 1 (27-01-2020)

Identifiants

Citer

Nicolas Dellinger, Nicolas Bertier, Francis Dupoirieux, Guillaume Legros. Hybrid Eulerian-Lagrangian method for soot modelling applied to ethylene-air premixed flames. Energy, 2020, 194, 116858, p. 1-10. ⟨10.1016/j.energy.2019.116858⟩. ⟨hal-02456130⟩
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