Modélisation LES de la combustion turbulente prémélangée et stratifiée basée sur une PDF construite sur des flammes laminaires filtrées : Application à un brûleur stratifié avec diffusion différentielle.

Un modèle de sous-maille pour la simulation aux grandes échelles de la combustion turbulente, basé sur le filtrage de flammes laminaires est présenté. Le formalisme repose sur une fonction de densité de probabilité (PDF) présumée construite à partir du filtrage de flammes laminaires 1D et sur une chimie tabulée. La taille de filtre LES appliqué à la combustion n'est pas fixée dans cette nouvelle approche mais est déterminée en fonction du niveau local de fluctuations de sous-maille. Le modèle a été validé sur des flammes laminaires 1D filtrées, sur des flammes de bec Bunsen et sur une configuration 3D turbulente avec la LES d'un brûleur à swirl. La comparaison de la simulation avec l'expérience en prémélangé et en stratifié est pleinement satisfaisante confirmant l'intérêt du nouveau modèle. Les échelles spatiales associées à la stratification sont trouvées grandes devant celles associées à la flamme (épaisseurs de zone de réaction et thermique) dont la propagation reste quasi-homogène.A sub-grid scale closure for Large Eddy Simulation (LES) of turbulent combustion, based on physical space filtering of laminar flames is presented. The proposed formalism relies on a presumed probability density function (PDF) derived from the filtered laminar flames and flamelet tabulated chemistry. The combustion LES filter size is not fixed in this novel approach when sub-grid scale wrinkling occurs, but calibrated depending on the local level of unresolved scalar fluctuations. The model was validated by simulating 1D filtered laminar flames and 2D Bunsen flames. Subsequently, the model was tested on a 3D turbulent scenario by performing LES of the premixed and stratified configurations of the Cambridge swirl burner, experimentally studied by Sweeney and co-workers. Comparison of simulation and experiments for both the premixed and stratified configurations showed good agreement emphasizing the model characteristiscs. Instantaneous and time averaged LES data were analyzed to extrac

Modélisation LES de la combustion turbulente prémélangée et stratifiée basée sur une PDF construite sur des flammes laminaires filtrées : Application à un brûleur stratifié avec diffusion différentielle.

A sub-grid scale closure for Large Eddy Simulation (LES) of turbulent combustion, based on physical space filtering of laminar flames is presented. The proposed formalism relies on a presumed probability density function (PDF) derived from the filtered laminar flames and flamelet tabulated chemistry. The combustion LES filter size is not fixed in this novel approach when sub-grid scale wrinkling occurs, but calibrated depending on the local level of unresolved scalar fluctuations. The model was validated by simulating 1D filtered laminar flames and 2D Bunsen flames. Subsequently, the model was tested on a 3D turbulent scenario by performing LES of the premixed and stratified configurations of the Cambridge swirl burner, experimentally studied by Sweeney and co-workers. Comparison of simulation and experiments for both the premixed and stratified configurations showed good agreement emphasizing the model characteristiscs. Instantaneous and time averaged LES data were analyzed to extractUn modèle de sous-maille pour la simulation aux grandes échelles de la combustion turbulente, basé sur le filtrage de flammes laminaires est présenté. Le formalisme repose sur une fonction de densité de probabilité (PDF) présumée construite à partir du filtrage de flammes laminaires 1D et sur une chimie tabulée. La taille de filtre LES appliqué à la combustion n'est pas fixée dans cette nouvelle approche mais est déterminée en fonction du niveau local de fluctuations de sous-maille. Le modèle a été validé sur des flammes laminaires 1D filtrées, sur des flammes de bec Bunsen et sur une configuration 3D turbulente avec la LES d'un brûleur à swirl. La comparaison de la simulation avec l'expérience en prémélangé et en stratifié est pleinement satisfaisante confirmant l'intérêt du nouveau modèle. Les échelles spatiales associées à la stratification sont trouvées grandes devant celles associées à la flamme (épaisseurs de zone de réaction et thermique) dont la propagation reste quasi-homogène

Modélisation LES de la combustion turbulente prémélangée et stratifiée basée sur une PDF construite sur des flammes laminaires filtrées (Application à un brûleur stratifié avec diffusion différentielle.)

Un modèle de sous-maille pour la simulation aux grandes échelles de la combustion turbulente, basé sur le filtrage de flammes laminaires est présenté. Le formalisme repose sur une fonction de densité de probabilité (PDF) présumée construite à partir du filtrage de flammes laminaires 1D et sur une chimie tabulée. La taille de filtre LES appliqué à la combustion n'est pas fixée dans cette nouvelle approche mais est déterminée en fonction du niveau local de fluctuations de sous-maille. Le modèle a été validé sur des flammes laminaires 1D filtrées, sur des flammes de bec Bunsen et sur une configuration 3D turbulente avec la LES d'un brûleur à swirl. La comparaison de la simulation avec l'expérience en prémélangé et en stratifié est pleinement satisfaisante confirmant l'intérêt du nouveau modèle. Les échelles spatiales associées à la stratification sont trouvées grandes devant celles associées à la flamme (épaisseurs de zone de réaction et thermique) dont la propagation reste quasi-homogène.A sub-grid scale closure for Large Eddy Simulation (LES) of turbulent combustion, based on physical space filtering of laminar flames is presented. The proposed formalism relies on a presumed probability density function (PDF) derived from the filtered laminar flames and flamelet tabulated chemistry. The combustion LES filter size is not fixed in this novel approach when sub-grid scale wrinkling occurs, but calibrated depending on the local level of unresolved scalar fluctuations. The model was validated by simulating 1D filtered laminar flames and 2D Bunsen flames. Subsequently, the model was tested on a 3D turbulent scenario by performing LES of the premixed and stratified configurations of the Cambridge swirl burner, experimentally studied by Sweeney and co-workers. Comparison of simulation and experiments for both the premixed and stratified configurations showed good agreement emphasizing the model characteristiscs. Instantaneous and time averaged LES data were analyzed to extractROUEN-INSA Madrillet (765752301) / SudocSudocFranceF

A filtered-laminar-flame PDF sub-grid-scale closure for LES of premixed turbulent flames: II. Application to a stratified bluff-body burner

WOS:000337200700010International audienceLarge eddy simulation of the two stratified nonswirling configurations of the Cambridge burner studied by Sweeney et al. (2012) is presented. The sub-grid-scale combustion closure relies on a physical space filtering operation with a filter size determined locally depending on the resolved and sub-grid-scale flame properties, which is discussed in a companion paper. Similarly to the premixed configuration of the same burner, the modeling reproduces the differential diffusion effects leading to accumulation of carbon and an enhancement of mixture fraction in the recirculation zone, an effect that is less pronounced than in the fully lean premixed case, because of the modification of the topology of the reaction zone that is induced by the mixture stratification. The study of the LES combustion regimes shows that the reaction zones develop under a quite large range of flame topologies, from wrinkled flamelets up to thin reaction zones. Instantaneous and time-averaged LES data were analyzed to extract information concerning the degree of stratification and the orientation of flame and mixing vectors. A decomposition of the flame response into premixed, diffusion, and partially premixed flamelets is performed, to conclude that the premixed mode dominates close to the burner, with a partially premixed burning regime further downstream. Overall, the length scales associated with stratification were found to be much larger than that of the reaction zone and flame, resulting in a quasi-homogeneous propagation, predominantly in a back supported stratified combustion regime. Overall good agreement between simulation and measurements was obtained for either configurations. (C) 2014 The Combustion Institute. Published by Elsevier Inc. All rights reserved

A filtered-laminar-flame PDF sub-grid scale closure for LES of premixed turbulent flames. Part I: Formalism and application to a bluff-body burner with differential diffusion

WOS:000337200700009International audienceA sub-grid scale closure for Large Eddy Simulation (LES) of turbulent combustion based on physical-space filtering of laminar flames is discussed. Applied to an unstructured grid, the combustion LES filter size is not fixed in this novel approach devoted to LES with refined meshes, but calibrated depending on the local level of unresolved scalar fluctuations. The context is premixed or stratified flames, the derived model relies on four balance equations for mixture fraction and its variance, and a progress variable and its variance. The proposed formalism is based on a presumed probability density function (PDF) derived from the filtered flames. Closures for the terms of the equations that are unresolved over LES grids are achieved through the PDF. The method uses flamelet tabulated detailed chemistry and is first applied to the simulation of laminar flames (1D and 2D) over various grids for validation, before simulating a turbulent burner studied experimentally by Sweeney et al. (2012). Since this burner also features differential diffusion effects, the numerical model is modified to account for accumulation of carbon in the recirculation zone behind the bluff-body. A differential diffusion number based on the gradient of residence times is proposed, in an attempt to globally quantify differential diffusion effects in burners. (C) 2014 The Combustion Institute. Published by Elsevier Inc. All rights reserved