Detailed investigation of soot formation in flames of different configurations of aviation fuel (RP-3) based on a hychem mechanism

Abstract

RP-3 is the most widely used aviation fuel in China, and its consumption has increased significantly in recent years, being responsible for the release of considerable amounts of greenhouse gases and soot particles. Therefore, it is imperative to gain fundamental understanding of its burning behavior and design methodologies to achieve cleaner and more efficient combustion. This study presents an investigation on the capabilities of a tailored strategy for the kinetic modeling of the gas phase of RP-3 (HyChem) and its coupling with soot particle dynamics. A stagnation and coflow flame are used for simulating test cases using the CoFlame code, and compared to available experimental data about soot and flow characteristics. For coflow flames, the model predicts soot volume fraction and flame height with good accuracy, although the soot peak is slightly shifted towards the flame edge as seen in previous studies. In burner stabilized stagnation flames, good agreement is observed in temperature profiles. The model accurately captures key trends in soot production, particularly formation and oxidation, demonstrating its potential for predictive applications in combustion research. This approach demonstrates a reliable predictive capability for RP-3 combustion and provides a basis for further refinement in the modeling of this fuel, with potential applications for cleaner combustion strategies. El RP-3 es el combustible de aviación más utilizado en China, y su consumo ha aumentado considerablemente en los últimos años, siendo responsable de la liberación de cantidades considerables de gases de efecto invernadero y partículas de hollín. Por lo tanto, es imperativo adquirir una comprensión fundamental de su comportamiento en combustión y diseñar metodologías para lograr una combustión más limpia y eficiente. Este estudio presenta una investigación sobre las capacidades de una estrategia adaptada para el modelado cinético de la fase gaseosa del RP-3 (HyChem) y su acoplamiento con la dinámica de las partículas de hollín. Se utilizan una llama de estagnación y otra de coflujo para simular casos de prueba utilizando el código CoFlame, y se comparan con los datos experimentales disponibles sobre el hollín y las características del flujo. En el caso de las llamas de coflujo, el modelo predice la fracción de volumen de hollín y la altura de la llama con buena precisión, aunque el peak de hollín está ligeramente desplazado hacia el borde de la llama, como se ha observado en estudios anteriores. En llamas de estagnación, se observa una buena concordancia en los perfiles de temperatura. El modelo captura con precisión las tendencias clave en la producción de hollín, en particular la formación y la oxidación, lo que demuestra su potencial para aplicaciones predictivas en la investigación de la combustión. Este enfoque demuestra una capacidad predictiva fiable para la combustión de RP-3 y proporciona una base para un mayor refinamiento en el modelado de este combustible, con aplicaciones potenciales para estrategias de combustión más limpias.