Κατασκευή και πιστοποίηση απλοποιημένου μηχανισμού καύσης σε ροή προαναμεμιγμένου μίγματος n-επτανίου με αέρα

Abstract

Η αριθμητική προσομοίωση λεπτομερών μηχανισμών καύσης, ακόμα και σήμερα, είναι μία ιδιαίτερα υπολογιστικά απαιτητική διαδικασία, τόσο από άποψη πλήθους δεδομένων όσο και από άποψη χρόνου. Το εν λόγω πρόβλημα αντιμετωπίζεται με μεθόδους που στο- χεύουν στην απλοποίηση ή μείωση των λεπτομερών μηχανισμών. Ένας τέτοιος λεπτομε- ρής μηχανισμός είναι και το χημικό μοντέλο ν-επτανίου των H. Curran, P. Gaffuri, W. Pitz, C. Westbrook που αποτελείται από 2538 αντιδράσεις και 561 είδη, από τον οποίο προέκυ- ψαν από τους J. Prager, H. N. Najm, M. Valorani και D. A. Goussis τέσσεροι απλοποιημένοι μηχανισμοί. Με κύριο στόχο όμως την επιπλέον μείωση του υπολογιστικού κόστους, στην παρούσα εργασία, από τους παραπάνω απλοποιημένους μηχανισμούς πραγματοποιήθηκε συστηματική μείωση σε δύο εξ αυτών. Για την μείωση των υπόψη μηχανισμών χρησιμοποι- ήθηκε αλγόριθμος ημι-σταθερής κατάστασης (QSSA) ο οποίος χρησιμοποιεί στοιχεία από την μέθοδο CSP. Η αριθμητική προσομοίωση των μειωμένων μηχανισμών επιβεβαίωσε την αξιοπιστία τους με αποτελέσματα πολύ καλής ακρίβειας στα profiles της θερμοκρασίας, των κύριων και δευτερευόντων ειδών καθώς και της ταχύτητας φλόγας, σε όλο το εύρος της στοιχειομετρίας από μίγμα φτωχό σε καύσιμο έως και μίγμα πλούσιο σε καύσιμο, ενώ επετεύχθη και αξιοσημείωτη μείωση του υπολογιστικού χρόνου.

The numerical simulation of detailed mechanisms of combustion is a very computationally demanding task, even nowadays, with respect to the size of the used data and time. In order to deal with this issue, many methods have been invented that aim at the simplification or reduction of the detailed mechanisms. The chemical n-heptane model of H. Curran, P. Gaffuri, W. Pitz, C. Westbrook is a detailed mechanism which involves 2538 reactions and 561 species. Four simplified (skeletal) mechamisms were developed from this detailed by J. Prager, H. N. Najm, M. Valorani and D. A. Goussis. The objective of this work was to generate reduced mechanisms given the two of the four skeletals, minimizing the computational cost. For the systematic reduction of those mechanisms the QSSA algorithm was used, which is based on the CSP method. The numerical simulation of the reduced mechanisms confirmed the validity and credibility of these mechanisms through high accuracy results at the temperature, major/minor species and flame speed profiles, over a wide range of equivalence ratio, from fuel lean to fuel rich mixture and at the same time was acieved a remarkable reduction of the computational time.