Comptes Rendus
Modélisation de la combustion turbulente des mélanges hétérogènes en richesse. Application au calcul d'une flamme stabilisée par l'élargissement brusque d'un canal bidimensionnel
[Turbulent combustion modeling of mixtures with inhomogeneous equivalence ratio. Application to a flame stabilized by the sudden expansion of a 2-D channel]
Comptes Rendus. Mécanique, Volume 338 (2010) no. 1, pp. 40-47.

The purpose of this Note is to describe and discuss a model of turbulent combustion for mixtures whose fuel-air ratio is variable, and taking into account the existence of finite nonzero chemical times. The model proposed for all “partially premixed” combustion regimes, from perfectly premixed to diffusion flames, is designed to recover the two theoretical limits of thickened flame and flamelet regime. The satisfactory behaviour of the model in the latter situation is enforced thanks to the use of an exact set of algebraic relations that exist between the chemical rate and scalar dissipation functions which has been the subject matter of a previous Note (Robin et al. (2009) [1]). The resulting model is validated against experimental data obtained in the case of a flame zone stabilized by the expansion of a 2-D channel.

L'objectif de cette Note est la validation d'un modèle de calcul de la combustion d'un mélange turbulent et hétérogène en richesse. Ce modèle qui tient compte d'une chimie non infiniment rapide est pertinent pour l'ensemble des régimes de combustion de type « partiellement prémélangés », de la flamme de prémélange en milieu homogène en richesse jusqu'à la flamme de diffusion. Il est de plus construit de façon à respecter les deux limites théoriques que représentent les flammes épaissies et les flammes infiniment minces. Pour cette dernière limite, on utilise un ensemble de relations algébriques exactes existant entre le taux de production chimique et les taux de dissipation scalaire qui a fait l'objet d'une précèdente Note (Robin et al. (2009) [1]). Le modèle est appliqué avec succès au calcul des champs de vitesse et scalaires dans une flamme turbulente stabilisée par l'élargissement brusque d'un canal 2-D.

Received:
Accepted:
Published online:
DOI: 10.1016/j.crme.2009.12.002
Mots-clés : Combustion, Modélisation de la combustion turbulente, Dissipation scalaire, Combustion partiellement prémélangée, Régime de flammelettes
Keywords: Combustion, Turbulent combustion modeling, Scalar dissipation, Partially premixed combustion, Flamelet regime

Vincent Robin 1; Nathalie Guilbert 1; Arnaud Mura 1; Michel Champion 1

1 Laboratoire de combustion et de détonique, UPR 9028 CNRS, Téléport 2, 1, avenue Clément-Ader, 86961 Futuroscope Chasseneuil, France
@article{CRMECA_2010__338_1_40_0,
     author = {Vincent Robin and Nathalie Guilbert and Arnaud Mura and Michel Champion},
     title = {Mod\'elisation de la combustion turbulente des m\'elanges h\'et\'erog\`enes en richesse. {Application} au calcul d'une flamme stabilis\'ee par l'\'elargissement brusque d'un canal bidimensionnel},
     journal = {Comptes Rendus. M\'ecanique},
     pages = {40--47},
     publisher = {Elsevier},
     volume = {338},
     number = {1},
     year = {2010},
     doi = {10.1016/j.crme.2009.12.002},
     language = {fr},
}
TY  - JOUR
AU  - Vincent Robin
AU  - Nathalie Guilbert
AU  - Arnaud Mura
AU  - Michel Champion
TI  - Modélisation de la combustion turbulente des mélanges hétérogènes en richesse. Application au calcul d'une flamme stabilisée par l'élargissement brusque d'un canal bidimensionnel
JO  - Comptes Rendus. Mécanique
PY  - 2010
SP  - 40
EP  - 47
VL  - 338
IS  - 1
PB  - Elsevier
DO  - 10.1016/j.crme.2009.12.002
LA  - fr
ID  - CRMECA_2010__338_1_40_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Vincent Robin
%A Nathalie Guilbert
%A Arnaud Mura
%A Michel Champion
%T Modélisation de la combustion turbulente des mélanges hétérogènes en richesse. Application au calcul d'une flamme stabilisée par l'élargissement brusque d'un canal bidimensionnel
%J Comptes Rendus. Mécanique
%D 2010
%P 40-47
%V 338
%N 1
%I Elsevier
%R 10.1016/j.crme.2009.12.002
%G fr
%F CRMECA_2010__338_1_40_0
Vincent Robin; Nathalie Guilbert; Arnaud Mura; Michel Champion. Modélisation de la combustion turbulente des mélanges hétérogènes en richesse. Application au calcul d'une flamme stabilisée par l'élargissement brusque d'un canal bidimensionnel. Comptes Rendus. Mécanique, Volume 338 (2010) no. 1, pp. 40-47. doi : 10.1016/j.crme.2009.12.002. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/mecanique/articles/10.1016/j.crme.2009.12.002/

[1] V. Robin; A. Mura; M. Champion; P. Plion Modélisation de la combustion turbulente des mélanges hétérogènes en richesse. Des flammes de prémélange aux flammes de diffusion, C. R. Mecanique, Volume 337 (2009), pp. 596-602

[2] P.A. Libby; F.A. Williams Presumed PDF analysis of partially premixed turbulent combustion, Combust. Sci. Technol., Volume 161 (2000), pp. 351-390

[3] V. Robin; A. Mura; M. Champion; P. Plion A multi Dirac presumed PDF model for turbulent reactive flows with variable equivalence ratio, Combust. Sci. Technol., Volume 118 (2006) no. 10–11, pp. 1843-1870

[4] M. Besson; P. Bruel; J.L. Champion; B. Deshaies Experimental analysis of combusting flows developing over a plane-symmetric expansion, AIAA J. Thermophys. Heat Transfer, Volume 14 (2000), pp. 59-67

[5] N. Guilbert, A. Mura, B. Boust, M. Champion, Study of premixed combustion instabilities using phase-locked tomography PIV, in: 14th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, 2008

[6] V. Robin; A. Mura; M. Champion; O. Degardin; B. Renou; M. Boukhalfa Experimental and numerical analysis of stratified turbulent V-shaped flames, Combust. Flame, Volume 153 (2008) no. 1–2, pp. 288-315

[7] C. Béguier; I. Dekeyser; B.E. Launder Ratio of scalar and velocity dissipation time scales in shear flow turbulence, Phys. Fluids, Volume 21 (1978) no. 3, pp. 307-310

[8] A. Mura; V. Robin; M. Champion Modeling of scalar dissipation in partially premixed turbulent flames, Combust. Flame, Volume 149 (2007), pp. 217-224

[9] F. Archambeau; N. Nehitoua; M. Sakiz Code saturne: A finite volume code for turbulent flows, Int. J. Finite Volumes, Volume 1 (2004)

[10] G. Ribert; M. Champion; O. Gicquel; N. Darabiha; D. Veynante Modeling nonadiabatic turbulent premixed reactive flows including tabulated chemistry, Combust. Flame, Volume 141 (2005), pp. 271-280

[11] P.A. Libby; K.N.C. Bray Countergradient diffusion in premixed turbulent flames, AIAA J., Volume 19 (1981) no. 2, pp. 205-213

[12] V. Robin, A. Mura, M. Champion, T. Hasegawa, Modelling the effects of thermal expansion on scalar flux in turbulent flames, Combust. Sci. Technol. (2010), à paraître

[13] V. Robin; A. Mura; M. Champion; T. Hasegawa A new analysis of the modeling of pressure fluctuations effects in premixed turbulent flames and its validation based on DNS data, Combust. Sci. Technol., Volume 180 (2008), pp. 97-109

[14] V. Robin; M. Champion; A. Mura A second order model for turbulent reactive flow with variable equivalence ratio, Combust. Sci. Technol., Volume 180 (2008) no. 10–11, pp. 1709-1734

Cited by Sources:

Comments - Policy