Μελέτη φαινομένων καύσης σε παράλληλα συστήματα πολλαπλών επεξεργαστών

Abstract

In the frame of the present work Large Eddy Simulations (LES) of turbulent low Mach number flows were performed. The goal of the present work was the combination of a spectral element code (Nek5000) which is used for Direct Numerical Simulations (DNS) and two subgrid scale models for the LES Approximate Deconvolution Model (ADM) and Smagorinsky model (Steady and Dynamic). The LES results were compared with DNS simulation results performed for this project. For the ADM the investigation shows an overestimation of the centerline turbulent velocity intensity in the transition region of the jet whereas a good agreement was obtained in the scale similarity region. The results with the constant Smagorinsky model with constant Cs=0.1 were in good agreement with the DNS results in the whole region of the jet (transition and scale similarity region) while the use of the dynamic Smagorinsky model results in a poorer representation of the turbulent intensities compared to the steady Smagorinsky model. For the validation of the flamelet code, the opposed jet geometry with H₂ as fuel and air as oxidizer (diffusion flame) was used at Reynolds number Re=100, 200, 300, 400 and 500. The DNS results were in agreement with the ones produced with the use of the flamelet code. Further investigation in the solution of the mixture fraction equation Ζ showed that the combination between the LES code developed and the tabulated chemistry is achievable only if the oscillation of mixture fraction Ζ with values greater than 1 disappear with the use of advanced flux correction techniques (FCT).

Θέμα της διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η υπολογιστική διερεύνηση τυρβωδών διεργασιών καύσης με τη χρήση της μεθόδου προσομοίωσης μεγάλων δινών βασισμένη στο μοντέλο προσεγγιστικής ανέλιξης (ADM) καθώς και στο μοντέλο Smagorinsky (κλασσικό και δυναμικό) σε συνδυασμό με τη μέθοδο των σταθερών φλογιδίων και με τη βοήθεια των τρισδιάστατων φασματικών πεπερασμένων στοιχείων. Κατά τη διάρκεια της διατριβής αναπτύχθηκε λογισμικό για να επεκταθεί ο ήδη υπάρχων κώδικας με την εφαρμογή της μεθόδου προσομοίωσης των μεγάλων δινών. Κυρία γεωμετρία στάθμισης και ελέγχου αξιοπιστίας των μοντέλων αποτέλεσε η ασυμπίεστη δέσμη ρευστού ομοροής (Coflow Jet) με Re=2000 (τυρβώδης ροή). Τα αποτελέσματα της έντασης της τύρβης είναι σε πολύ καλή συμφωνία με αυτά της άμεσης προσομοίωσης όσο αφορά στο κλασσικό μοντέλο Smagorinsky με Cs=0.1. Τα αποτελέσματα του μοντέλου ADM συμφωνούν με αυτά της άμεσης προσομοίωσης μόνο στην περιοχή ομοιότητας της δέσμης ενώ αυτά του δυναμικού μοντέλου Smagorinsky είναι καλύτερα από τα αντίστοιχα του μοντέλου ADM ωστόσο όμως παρουσιάζουν υπερεκτιμημένη ένταση τύρβης στην μεταβατική κυρίως περιοχή. Για την αξιολόγηση του κώδικα των σταθερών φλογιδίων επιλέχθηκε η γεωμετρία της αντικριστής δέσμης για αριθμούς Re=100, 200, 300, 400 και 500 ενώ παράλληλα διαπιστώθηκε ότι η σύζευξη της μεθόδου προσομοίωσης μεγάλων δινών και των σταθερών φλογιδίων είναι εφικτή μόνο στην περίπτωση της χρησιμοποίησης μεθόδων διατήρησης μάζας (FCT techniques).