IMPLEMENTACIÓN DE VARIABLE DE PROGRESO EN LA SIMULACIÓN DE LLAMAS DE DIFUSIÓN LAMINAR DE ETILENO VÍA FLAMELET

Abstract

Una llama laminar de difusión en una configuración de coflujo es simulada utilizando dos modelos deflamelet distintos, con el fin de comparar el rendimiento de ambas formulaciones. Las librerías de flameletpretabuladas son generadas en ambos casos a partir de las mismas estructuras laminares, correspondientes allamas a contraflujo unidimensionales, alimentadas con etileno puro y aire con concentración de oxígenode 21 %, cambiando únicamente los parámetros característicos utilizados para la tabulación: en uno de losmodelos se utilizan la fracción de mezcla, defecto de entalpía y la tasa de disipación escalar, mientras queen el otro se adoptan la fracción de mezcla, defecto de entalpía y una variable de progreso definida como lasuma de las fracciones de masa de las especies mayores, H2O y CO2.Los resultados de las simulaciones obtenidos para la llama de coflujo son comparados con resultadosexperimentales disponibles en la literatura [1], mostrando una predicción de temperatura similar para ambasformulaciones. Sin embargo, una diferencia apreciable existe respecto a las especies menores y la incidenciaen la formación de hollín. En particular, existe una gran diferencia para el monóxido de carbono y para elbenceno, las cuales tienen un efecto en las predicciones de la producción de hollín de estas llamas, afectandoa su vez la cantidad de energía que esta emite por radiación.Estos resultados muestran las ventajas de la utilización de la variable de progreso en vez de la tasa dedisipación escalar, lo cual ya ha sido confirmado en el contexto de llamas turbulentas en fase gaseosa [2] y enspray [3].

A diffusion laminar flame in a coflow configuration is simulated using two diferent flamelet models, inorder to compare the performance of both formulations. The flamelet libraries are generated in both casesfrom the same laminar structures, corresponding to unidimensional flames fed with pure ethylene and airwith oxygen concentration of 21 %, changing only the characteristic parameters used for the tabulation: inone of the models the mixture fraction, enthalpy defect and the scalar dissipation rate are used, while in theother model the mixture fraction, enthalpy defect and a progress variable defined as the sum of the fractionsof mass of the major species, H2O and CO2, are adopted.The results of the simulations obtained for the coflow flame are compared with experimental resultsavailable in the literature [1], showing a similar temperature prediction for both formulations. However,an appreciable difference exists with respect to the minors species and the incidence of soot formation. Inparticular, there is a large difference for carbon monoxide and benzene, which have an effect on the sootproduction predictions of these flames, in turn affecting the amount of energy emitted by radiation.These results show the advantages of the use of the progress variable instead of the scalar dissipation rate,which has already been confirmed in the context of turbulent flames in gas phase [2] and spray [3].