Implementação do método FGM no pacote OpenFOAM para simulação de chama laminar difusiva

Abstract

O presente trabalho trata da solução de uma chama laminar não pré-misturada do tipo jato via simulação numérica. Os combustíveis empregados são metano puro e metano diluído em nitrogênio. Devido ao elevado custo computacional até mesmo para chamas laminares, o uso de abordagens de simplificação de cinética química torna-se necessário, sendo a técnica Flamelet-Generated-Manifold (FGM) usada neste trabalho. A implementação desta técnica no pacote aberto OpenFOAM é realizada no escopo multidimensional a partir de um manifold já construído. Resultados da literatura são utilizados para verificar a implementação e avaliar a técnica. Simulações utilizando mecanismo global de 1 passo são realizadas de forma a comparar ambas abordagens de simplificação de cinética química. O FGM apresentou resultados melhores que o mecanismo de 1 passo, se aproximando mais de soluções detalhadas com o mecanismo skm-DRM19. Uma piora nos resultados do FGM é observada variando-se a composição do combustível, e um outro caso foi estudado variando-se a definição da variável de progresso. Constatou-se que os resultados são bastante sensíveis a esta definição.

The present study solves a diffusive laminar jet flame through numerical simulation. The fuel used is pure methane and methane diluted in nitrogen. Due to the high computational cost even for laminar flames, the use of chemical kinetics simplification approaches become necessary. The Flamelet-Generated-Manifold technique is based on the flamelets and manifold approaches. The implementation of such technique in the open source tool OpenFOAM is performed on a multidimensional scope from an already built manifold. Results from literature are used to verify the implementation and evaluate the technique. Simulations using 1-step global mechanism are also performed in order to compare both chemical kinetics approaches. The FGM presented better results compared to the 1-step mechanism, getting closer to the detailed mechanism. The quality of the FGM results decreased when varying the fuel composition, and another study was performed by varying the progress variable definition. It was found that the results are very sensitive to this parameter.