Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:12:\"user warning\";s:8:\"%message\";s:225:\"Table './drupal_gfn_web/cache_filter' is marked as crashed and should be repaired\nquery: SELECT data, created, headers, expire, serialized FROM cache_filter WHERE cid = '3:9a76cb91c99bf26a657d95b917bafd96'\";s:5:\"%file\";s:31:\"/srv/www/gfn/includes/cache.inc\";s:5:\"%line\";i:27;}', 3, '', 'http://gfn.unizar.es/?q=es/node/190', '', '54.146.1.178', 1501209723) in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135

Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:7:\"warning\";s:8:\"%message\";s:80:\"Parameter 1 to texy_image_texy_handler() expected to be a reference, value given\";s:5:\"%file\";s:32:\"/srv/www/gfn/includes/module.inc\";s:5:\"%line\";i:497;}', 3, '', 'http://gfn.unizar.es/?q=es/node/190', '', '54.146.1.178', 1501209723) in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135

Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:7:\"warning\";s:8:\"%message\";s:93:\"Parameter 1 to texy_syntaxhighlighting_texy_handler() expected to be a reference, value given\";s:5:\"%file\";s:32:\"/srv/www/gfn/includes/module.inc\";s:5:\"%line\";i:497;}', 3, '', 'http://gfn.unizar.es/?q=es/node/190', '', '54.146.1.178', 1501209723) in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135

Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:7:\"warning\";s:8:\"%message\";s:75:\"Parameter 1 to texy_texy_settings() expected to be a reference, value given\";s:5:\"%file\";s:32:\"/srv/www/gfn/includes/module.inc\";s:5:\"%line\";i:497;}', 3, '', 'http://gfn.unizar.es/?q=es/node/190', '', '54.146.1.178', 1501209723) in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135

Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:7:\"warning\";s:8:\"%message\";s:81:\"Parameter 1 to texy_image_texy_settings() expected to be a reference, value given\";s:5:\"%file\";s:32:\"/srv/www/gfn/includes/module.inc\";s:5:\"%line\";i:497;}', 3, '', 'http://gfn.unizar.es/?q=es/node/190', '', '54.146.1.178', 1501209723) in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135

Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:7:\"warning\";s:8:\"%message\";s:94:\"Parameter 1 to texy_syntaxhighlighting_texy_settings() expected to be a reference, value given\";s:5:\"%file\";s:32:\"/srv/www/gfn/includes/module.inc\";s:5:\"%line\";i:497;}', 3, '', 'http://gfn.unizar.es/?q=es/node/190', '', '54.146.1.178', 1501209723) in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135

Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:12:\"user warning\";s:8:\"%message\";s:5852:\"Table './drupal_gfn_web/cache_filter' is marked as crashed and should be repaired\nquery: UPDATE cache_filter SET data = '\\n<p><em>(José Salvador Ochoa, Marzo 2010)</em></p>\\n\\n<h1>Simulación de las Grandes Escalas (LES)</h1>\\n\\n<p>A pesar de la incesante evolución en las capacidades de los equipos de\\ncómputo, la solución para todo el rango de escalas de un flujo turbulento\\nmediante la Simulación Numérica Directa (DNS) está fuera del alcance en la\\namplia mayoría de las aplic in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135

Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:12:\"user warning\";s:8:\"%message\";s:225:\"Table './drupal_gfn_web/cache_filter' is marked as crashed and should be repaired\nquery: SELECT data, created, headers, expire, serialized FROM cache_filter WHERE cid = '1:b168af876399ea695fe5d921bbbb9564'\";s:5:\"%file\";s:31:\"/srv/www/gfn/includes/cache.inc\";s:5:\"%line\";i:27;}', 3, '', 'http://gfn.unizar.es/?q=es/node/190', '', '54.146.1.178', 1501209723) in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135

Warning: Table './drupal_gfn_web/watchdog' is marked as crashed and should be repaired query: INSERT INTO watchdog (uid, type, message, variables, severity, link, location, referer, hostname, timestamp) VALUES (0, 'php', '%message in %file on line %line.', 'a:4:{s:6:\"%error\";s:12:\"user warning\";s:8:\"%message\";s:408:\"Table './drupal_gfn_web/cache_filter' is marked as crashed and should be repaired\nquery: UPDATE cache_filter SET data = '<p>© Grupo de Fluidodinámica Numérica de la Universidad de Zaragoza. gfn[arroba]unizar[punto]es</p>\\n', created = 1501209723, expire = 1501296123, headers = '', serialized = 0 WHERE cid = '1:b168af876399ea695fe5d921bbbb9564'\";s:5:\"%file\";s:31:\"/srv/www/gfn/includes/cache.inc\";s:5:\"%line\";i:112;}', 3, '', 'http://gfn.unizar.e in /srv/www/gfn/includes/database.mysql.inc on line 135
Modelización de la combustión de llamas turbulentas mediante la Simulación de las Grandes Escalas | Grupo de Fluidodinámica Numérica

Modelización de la combustión de llamas turbulentas mediante la Simulación de las Grandes Escalas

  • user warning: Table './drupal_gfn_web/cache_filter' is marked as crashed and should be repaired query: SELECT data, created, headers, expire, serialized FROM cache_filter WHERE cid = '3:9a76cb91c99bf26a657d95b917bafd96' in /srv/www/gfn/includes/cache.inc on line 27.
  • user warning: Table './drupal_gfn_web/cache_filter' is marked as crashed and should be repaired query: UPDATE cache_filter SET data = '\n<p><em>(José Salvador Ochoa, Marzo 2010)</em></p>\n\n<h1>Simulación de las Grandes Escalas (LES)</h1>\n\n<p>A pesar de la incesante evolución en las capacidades de los equipos de\ncómputo, la solución para todo el rango de escalas de un flujo turbulento\nmediante la Simulación Numérica Directa (DNS) está fuera del alcance en la\namplia mayoría de las aplicaciones industriales. En los últimos años, LES se\nha consolidado como una alternativa al uso de ecuaciones promediadas (RANS) ya\nque proporciona una representación más realista del flujo debido,\nprincipalmente, al cálculo explícito de las grandes escalas energéticas,\ndependientes de la geometría del flujo, y modelando únicamente el efecto de\nlas más pequeñas y universales. Al resolver la mayor parte de las escalas,\nLES, al igual que DNS, proporciona una solución tridimensional y dependiente\ndel tiempo para las ecuaciones de transporte capturando efectos del flujo\nturbulento que son imposibles de apreciar en RANS. Dado que las reacciones de\ncombustión ocurren en las escalas más pequeñas del flujo, la cinética\nquímica y sus interacciones con la turbulencia tienen que ser modeladas\nrecurriendo habitualmente a hipótesis validadas y adaptadas de RANS. En este\ntrabajo se desarrolla una estrategia para el modelado de flujos turbulentos\nreactivos acoplando la técnica de Linear Eddy Model como modelo submalla\n(S-LEM) en LES.</p>\n\n<h1>Linear Eddy Model como modelo submalla</h1>\n\n<p>S-LEM modela todos los procesos físicos que ocurren por debajo de la\nresolución de la malla (difusión molecular, convección turbulenta y, en su\ncaso, reacciones químicas) en un dominio unidimensional inmerso en cada una de\nlas celdas de la malla. El dominio submalla es discretizado para resolver todo\nel rango de escalas entre el tamaño característico de la celda (escala de\nfiltrado en LES) y la escala más pequeña del flujo (escala de Kolmogorov), por\nlo que los términos de difusión y reacción química se pueden determinar de\nmanera exacta, evitando las hipótesis sobre la interacción entre la química y\nla turbulencia. Los procesos submalla son representados, de acuerdo al\nprocedimiento original del Kerstein (1991), con una ecuación unidimensional\ntransitoria de difusión-reacción donde los efectos de la convección submalla\n(torbellinos turbulentos) se modelan mediante procesos estocásticos (triplet\nmaps). El transporte entre los dominios submalla, por efecto de las grandes\nescalas, se modela mediante una técnica denominada “splicing” que\nintercambia porciones de los subdominios de acuerdo al gasto másico entre\nceldas contiguas y a la intensidad local de las fluctuaciones turbulentas.\nAdemás, en este trabajo, se ha desarrollado una estrategia para reducir la\ndifusividad numérica del algoritmo de splicing.</p>\n\n<h1>Modelado de llamas turbulentas</h1>\n\n<p>En la investigación se modelan las llamas C, D y E de los laboratorios\nSandía que corresponden a sistemas parcialmente premezclados y estabilizados\ncon una corriente piloto. Las ecuaciones eulerianas de trasporte son filtradas y\ndiscretizadas mediante volúmenes finitos. El proceso de combustión y sus\ninteracciones con la turbulencia se modela primero con un modelo de flamelets\nestacionario y posteriormente con S-LEM. El documento revisa concisamente el\nestado del arte del modelado de flujos reactivos con LES. El comportamiento de\nlos algoritmos y aspectos numéricos más relevantes se evalúa previamente a\nlas simulaciones principales. Las predicciones mostradas pueden clasificarse en:\n(a) simulaciones con el modelo de flamelets (con un mecanismo químico de\n16 especies y 35 reacciones), (b) con S-LEM para determinar la evolución de\nun escalar pasivo (fracción de mezcla, su varianza y tasa de disipación) y (c\n) con S-LEM incorporando la reacción de combustión para determinar el estado\ntermoquímico del flujo. La cinética química en este último caso es\nrepresentada mediante un mecanismo global que ajusta el calor liberado en la\nreacción y la temperatura de activación en función del ratio de equivalencia\nlocal del flujo.</p>\n\n<h1>Resultados</h1>\n\n<p>Las simulaciones combinando LES y flamelets muestran una predicción adecuada\ndel flujo y de las principales especies químicas y temperatura. Esto confirma\nla validez de la hipótesis de flamelets estacionarios en estas llamas, incluso\nen la E que posee mayor probabilidad de extinción local. En el caso (b), la\nevolución de la fracción de mezcla, su varianza y tasa de disipación,\nconcuerdan razonablemente con las respectivas variables eulerianas modeladas en\nLES y con las observaciones experimentales. Los resultados mejoran sensiblemente\nel acuerdo con los experimentos cuando S-LEM determina la termoquímica del\nflujo. La información extraída de los subdominios de S-LEM es usada para\nanalizar la estructura submalla de los escalares, principalmente de la tasa de\ndisipación, para la que existen medidas experimentales en distintas posiciones\nde las llamas analizadas. Los resultados muestran que el modelo desarrollado\npredice razonablemente esta estructura. La dispersión de especies químicas es\nsimilar a la experimental. El modelo desarrollado captura las complejas\ninteracciones entre la cinética química y la turbulencia en las tres llamas\nanalizadas.</p>\n\n<!-- by Texy2! -->', created = 1501209723, expire = 1501296123, headers = '', serialized = 0 WHERE cid = '3:9a76cb91c99bf26a657d95b917bafd96' in /srv/www/gfn/includes/cache.inc on line 112.
  • user warning: Table './drupal_gfn_web/cache_filter' is marked as crashed and should be repaired query: SELECT data, created, headers, expire, serialized FROM cache_filter WHERE cid = '1:b168af876399ea695fe5d921bbbb9564' in /srv/www/gfn/includes/cache.inc on line 27.
  • user warning: Table './drupal_gfn_web/cache_filter' is marked as crashed and should be repaired query: UPDATE cache_filter SET data = '<p>&copy; Grupo de Fluidodinámica Numérica de la Universidad de Zaragoza. gfn[arroba]unizar[punto]es</p>\n', created = 1501209723, expire = 1501296123, headers = '', serialized = 0 WHERE cid = '1:b168af876399ea695fe5d921bbbb9564' in /srv/www/gfn/includes/cache.inc on line 112.

(José Salvador Ochoa, Marzo 2010)

Simulación de las Grandes Escalas (LES)

A pesar de la incesante evolución en las capacidades de los equipos de cómputo, la solución para todo el rango de escalas de un flujo turbulento mediante la Simulación Numérica Directa (DNS) está fuera del alcance en la amplia mayoría de las aplicaciones industriales. En los últimos años, LES se ha consolidado como una alternativa al uso de ecuaciones promediadas (RANS) ya que proporciona una representación más realista del flujo debido, principalmente, al cálculo explícito de las grandes escalas energéticas, dependientes de la geometría del flujo, y modelando únicamente el efecto de las más pequeñas y universales. Al resolver la mayor parte de las escalas, LES, al igual que DNS, proporciona una solución tridimensional y dependiente del tiempo para las ecuaciones de transporte capturando efectos del flujo turbulento que son imposibles de apreciar en RANS. Dado que las reacciones de combustión ocurren en las escalas más pequeñas del flujo, la cinética química y sus interacciones con la turbulencia tienen que ser modeladas recurriendo habitualmente a hipótesis validadas y adaptadas de RANS. En este trabajo se desarrolla una estrategia para el modelado de flujos turbulentos reactivos acoplando la técnica de Linear Eddy Model como modelo submalla (S-LEM) en LES.

Linear Eddy Model como modelo submalla

S-LEM modela todos los procesos físicos que ocurren por debajo de la resolución de la malla (difusión molecular, convección turbulenta y, en su caso, reacciones químicas) en un dominio unidimensional inmerso en cada una de las celdas de la malla. El dominio submalla es discretizado para resolver todo el rango de escalas entre el tamaño característico de la celda (escala de filtrado en LES) y la escala más pequeña del flujo (escala de Kolmogorov), por lo que los términos de difusión y reacción química se pueden determinar de manera exacta, evitando las hipótesis sobre la interacción entre la química y la turbulencia. Los procesos submalla son representados, de acuerdo al procedimiento original del Kerstein (1991), con una ecuación unidimensional transitoria de difusión-reacción donde los efectos de la convección submalla (torbellinos turbulentos) se modelan mediante procesos estocásticos (triplet maps). El transporte entre los dominios submalla, por efecto de las grandes escalas, se modela mediante una técnica denominada “splicing” que intercambia porciones de los subdominios de acuerdo al gasto másico entre celdas contiguas y a la intensidad local de las fluctuaciones turbulentas. Además, en este trabajo, se ha desarrollado una estrategia para reducir la difusividad numérica del algoritmo de splicing.

Modelado de llamas turbulentas

En la investigación se modelan las llamas C, D y E de los laboratorios Sandía que corresponden a sistemas parcialmente premezclados y estabilizados con una corriente piloto. Las ecuaciones eulerianas de trasporte son filtradas y discretizadas mediante volúmenes finitos. El proceso de combustión y sus interacciones con la turbulencia se modela primero con un modelo de flamelets estacionario y posteriormente con S-LEM. El documento revisa concisamente el estado del arte del modelado de flujos reactivos con LES. El comportamiento de los algoritmos y aspectos numéricos más relevantes se evalúa previamente a las simulaciones principales. Las predicciones mostradas pueden clasificarse en: (a) simulaciones con el modelo de flamelets (con un mecanismo químico de 16 especies y 35 reacciones), (b) con S-LEM para determinar la evolución de un escalar pasivo (fracción de mezcla, su varianza y tasa de disipación) y (c ) con S-LEM incorporando la reacción de combustión para determinar el estado termoquímico del flujo. La cinética química en este último caso es representada mediante un mecanismo global que ajusta el calor liberado en la reacción y la temperatura de activación en función del ratio de equivalencia local del flujo.

Resultados

Las simulaciones combinando LES y flamelets muestran una predicción adecuada del flujo y de las principales especies químicas y temperatura. Esto confirma la validez de la hipótesis de flamelets estacionarios en estas llamas, incluso en la E que posee mayor probabilidad de extinción local. En el caso (b), la evolución de la fracción de mezcla, su varianza y tasa de disipación, concuerdan razonablemente con las respectivas variables eulerianas modeladas en LES y con las observaciones experimentales. Los resultados mejoran sensiblemente el acuerdo con los experimentos cuando S-LEM determina la termoquímica del flujo. La información extraída de los subdominios de S-LEM es usada para analizar la estructura submalla de los escalares, principalmente de la tasa de disipación, para la que existen medidas experimentales en distintas posiciones de las llamas analizadas. Los resultados muestran que el modelo desarrollado predice razonablemente esta estructura. La dispersión de especies químicas es similar a la experimental. El modelo desarrollado captura las complejas interacciones entre la cinética química y la turbulencia en las tres llamas analizadas.