난류 예혼합 화염의 평균방향벡터와 평균곡률에 대한 수치적 연구
Numerical analysis of mean orientation vector and mean curvature in turbulent premixed flames
2
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
난류 예혼합 화염의 전파특성을 나타내는 평균방향벡터 ⟨⟩ 및 평균곡률 ⟨∇·⟩ 에 대해 조건평균을 이용한지배방정식이 유도되었다. 지배방정식을 구성하는 각 항의 상대적 크기를 비교하고 각 항의 물리적 영향을 이해하기 위해 직접수치해법을 이용하여 통계적 정상 상태의 세 가지 화염을 이상적으로 구현하였다. 평균방향벡터에 대한 수송식에서 대류속도 법선성분과 연소속도 합의 구배 및 변동과 관련된 항은 화염 브러시와 화염 선단에서 지배적으로 작용한다. 평균곡률에 대한 수송식에서 접선방향 Laplacian 항은 화염의 양단으로 갈수록 중요해지며, Karlovitz 수가 1보다 큰상대적으로 두꺼운 화염에 대해서는 지배적인 항들에 대한 상이한 경향이 관찰된다. 본 연구를 통해 지배방정식에 나타난 성분항 사이의 평형관계는 확인하였으나 성분항 간의 상대적 거동을 보다 엄밀히 이해하기 위해 다양한 연소 영역의실제 화염에 대한 추가 검증이 요구된다.
Abstract
Transport equations are derived for the mean orientation vector, ⟨⟩, and the mean curvature, ⟨∇·⟩, in turbulent premixed flames based on conditional average. Balance among all component terms is checked to understand their physical implications with the results of direct numerical simulations for three test flames. The terms involving tangential gradient and fluctuation of the sum of normal convective velocity and displacement speed are dominant to determine the mean orientation vector through a flame brush and at the leading edge. The tangential Laplacian term becomes important at the edges and different trends are observed on the dominant terms for thicker flamelets with the Karlovitz number greater than unity. Further study may be required to show the relative importance of the component terms for realistic flames in diverse combustion regimes.
참고문헌 (15)
- D. Veynante, "Turbulent combustion modeling", Progress in Energy and Combustion Science, 28(3), pp.193~266 (2002)
- A. R. Kerstein, "Field equation for interface propagation in an unsteady homogeneous flow field", 37(7), pp.2728~2731 (1988)
- 박남섭, "Dynamic Sub-grid 모델을 이용한 G 방정식에 의한 보염기 주위의 난류 예혼합 연소에 관한 대 와동 모사", 한국마린엔지니어링학회지, 34(8), pp.1084~1093 (2010), 한국마린엔지니어링학회
- J. Kwon, "Flamelet characteristics at the leading edge and through the flame brush of statistically steady incompressible turbulent premixed flames", Combustion and Flame, 164, pp.85~98 (2016)
- M. W. Bae, "A study on the effect of turbulent combustion upon soot formation in premixed constant-volume propane flames", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, 27(7), pp.889~898 (2003)
- I. M. Kennedy, "Models of soot formation and oxidation", Progress in Energy and Combustion Science, 23(2), pp.95~132 (1997)
- K. N. C. Bray, "Turbulence production in premixed turbulent flames", Combustion Science and Technology, 25(3-4), pp.127~140 (1981)
- F. A. Williams, "The Mathematics of Combustion", pp.97~131 (1985), Society for Industrial and Applied Mathematics
- S. B. Pope, "The evolution of surfaces in turbulence", International Journal of Engineering Science, 26(5), pp.445~469 (1988)
- S. M. Candel, "Flame stretch and the balance equation for the flame area", Combustion Science and Technology, 70(1-3), pp.1~15 (1990)
- K. Y. Huh, "Relationships for maximum flame surface density and brush thickness through conditional analysis in turbulent premixed combustion", Physics of Fluids, 25(7), pp.075108~ (2013)
- S. K. Lele, "Compact finite difference schemes with spectral-like resolution,", Journal of Computational Physics, 103(1), pp.16~42 (1992)
- C. A. Kennedy, "Low-storage, explicit Runge–Kutta schemes for the compressible Navier–Stokes equations", Applied numerical mathematics, 35(3), pp.177~219 (2000)
- D. Lee, "Statistically steady incompressible DNS to validate a new correlation for turbulent burning velocity in turbulent premixed combustion", Flow, Turbulence and Combustion, 84(3), pp.339~356 (2010)
- D. Lee, "Validation of analytical expressions for turbulent burning velocity in stagnating and freely propagating turbulent premixed flames", Combustion and Flame, 159(4), pp.1576~1591 (2012)