Investigación detallada de la formación de hollín en una llama de difusión laminar de jet fuel basada en un mecanismo Hychem extendido

Abstract

En el presente trabajo, se busca mejorar la comprensión de la formación de hollín en una llama co-flujo laminar no premezclada alimentada por Jet A-1 vaporizado a través de un estudio combinado experimental y numérico. En las mediciones experimentales se utilizan las técnicas de line-of-sight attenuation (LOSA) y soot spectral emission (SSE) a distintas longitudes de onda, generando campos bidimensionales de fracción de volumen de hollín y temperatura. La metodología también permite calcular la función de absorción de hollín, que se utiliza para evaluar la fracción de volumen de hollín. Las simulaciones numéricas se realizan utilizando el modelo de reacción de química híbrida (HyChem). Para modelar la pirólisis del combustible de avión, la oxidación y la producción de hollín, el modelo cinético POSF10264 se expande para incluir hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) de hasta cinco anillos. Esta modificación se valida a través de modelos cero y unidimensionales en Cantera. Se llevan a cabo simulaciones de llamas co-flujo no premezcladas con hollín utilizando el código CoFlame, en el que se emplean modelos de nucleación reversible y absorción de PAH. Se observa una coincidencia cercana entre las simulaciones y los datos experimentales de temperatura y fracción en volumen de hollín, especialmente a lo largo de las alas de la llama. Por otro lado, la fracción en volumen de hollín se subestima por un factor de 3 cerca de la línea central, indicando que se deben buscar mejoras en el submodelo de condensación de PAH para la dinámica de partículas o en la predicción de especies de PAH.In the present study, the aim is to improve the understanding of soot formation in a non-premixed laminar co-flow flame fed by vaporized Jet A-1 through a combined experimental and numerical study. In the experimental measurements, the techniques of line-of-sight attenuation (LOSA) and soot spectral emission (SSE) are used at different wavelengths, generating two-dimensional fields of soot volume fraction and temperature. The methodology also allows for the calculation of the soot absorption function, which is used to evaluate the soot volume fraction. Numerical simulations are performed using the Hybrid Chemistry Reaction model (HyChem). To model the pyrolysis of jet fuel, oxidation, and soot production, the POSF10264 kinetic model is expanded to include polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) of up to five rings. This modification is validated through zero- and one-dimensional models in Cantera. Simulations of non-premixed co-flow flames with soot are carried out using the CoFlame code, in which models of reversible nucleation and PAH adsorption are employed. A close match between simulations and experimental data on temperature and soot volume fraction is observed, especially along the flame wings. On the other hand, the soot volume fraction is underestimated by a factor of 3 near the centerline, indicating that improvements should be sought in the PAH condensation submodel for particle dynamics or in the prediction of PAH species.