Overseas Travel Grant: Numerical Simulation and Modelling of Turbulent Premixed Flames with Detailed Chemistry

海外旅行补助金:具有详细化学特性的湍流预混火焰的数值模拟和建模

基本信息

  • 批准号:
    EP/R012725/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2017 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Currently, about 85\% of the world's primary energy is generated from burning coal, oil or gas; it will be decades before combustion is replaced as the main source of power generation and transport, and even longer for aircraft. The associated emissions are contributing to global climate change and to poor air quality in urban centres, and are therefore subject to increasingly stringent regulations through legislation. Alternative fuels, in particular biofuels, have the potential for net reduction in carbon emissions, but bring alternative challenges. These issues are coupled with a dependence on foreign fuel imports, exposing vulnerabilities to energy prices and security. Consequently, there is a critical need for efficient low-emission combustors for power generation and transport that are capable of burning conventional and/or alternative fuels.This OTG proposal requests funds to visit three institutions in the US to develop four collaborations, one of which is well-established and three will be new. Two of the collaborations are based around computational software technology (Day/Bell at Lawrence Berkeley Lab, and Menon at Georgia Tech), and the other two are based around experimental datasets that can be used for comparison with numerical simulation (Driscoll at Michigan, and Lieuwen at Georgia Tech).All four collaborations will result in an exchange of ideas, and contribute to the understanding of turbulent premixed flames that can be used for development and validation of turbulent-flame modelling approaches for applications in efficient low-emission combustion devices for power generation and transport.The first collaboration involves a new software capability that has been designed to reduce uncertainty in models derived from experimental datasets. The idea is to use parallel computing to test models with different parameters and automatically hone in on the optimal choice. This novel approach will be applied to a engineering model that can be used to understand the chemical composition of turbulent flames to improve the prediction of emission formation.The second collaboration involves an experimental dataset of a laboratory burner capable of investigating premixed flames exposed to extreme levels of turbulence. This will allow for direct comparison of experimental and computation data, which will be used to improve turbulent-flame models for engineering applications.The third collaboration involves a piece of software that takes a well-established modelling approach, which is being proposed to be applied to highly-turbulent flames for comparison with the modelling approach from the first two collaborations. This second software capability can also be coupled with the software from the first collaboration, and then used to explore another particular approach to bridge the gap between length scales that are achievable through simulation with realistic length scales in experiments and industrial applications.The fourth collaboration involves another laboratory experiment designed to recreate the conditions to explore flame instabilities that can severely damage industrial burners. Again, this collaboration will provide direct access to experimental data that can be used for comparison with numerical simulation.
目前,世界上约85%的一次能源是通过燃烧煤炭、石油或天然气产生的;燃烧取代燃烧成为发电和运输的主要来源还需要几十年的时间,对于飞机来说甚至需要更长的时间。相关排放导致全球气候变化和城市中心空气质量恶化,因此受到越来越严格的立法监管。替代燃料,特别是生物燃料,具有净减少碳排放的潜力,但也带来了替代挑战。这些问题加上对外国燃料进口的依赖,暴露了能源价格和安全方面的脆弱性。因此,迫切需要能够燃烧传统和/或替代燃料的发电和运输的高效低排放燃烧器。该 OTG 提案要求提供资金访问美国的三个机构,以开展四项合作,其中之一是已经成熟,三个将是新的。其中两个合作基于计算软件技术(劳伦斯伯克利实验室的 Day/Bell 和佐治亚理工学院的 Menon),另外两个合作基于可用于与数值模拟进行比较的实验数据集(密歇根州的 Driscoll 和佐治亚理工学院的 Lieuwen)。所有四项合作都将导致思想交流,并有助于理解湍流预混火焰,该火焰可用于开发和验证湍流火焰建模方法的应用用于发电和运输的高效低排放燃烧设备。第一次合作涉及一种新的软件功能,旨在减少从实验数据集导出的模型的不确定性。这个想法是使用并行计算来测试具有不同参数的模型并自动磨练最佳选择。这种新颖的方法将应用于工程模型,该模型可用于了解湍流火焰的化学成分,以改善排放形成的预测。第二次合作涉及实验室燃烧器的实验数据集,能够研究暴露于极端水平的预混合火焰的湍流。这将允许直接比较实验和计算数据,这将用于改进工程应用的湍流火焰模型。第三次合作涉及一款采用成熟建模方法的软件,该软件正在提议应用高度湍流的火焰与前两次合作的建模方法进行比较。第二个软件功能也可以与第一次合作的软件相结合,然后用于探索另一种特定的方法来弥合长度尺度之间的差距,这可以通过在实验和工业应用中使用真实的长度尺度进行模拟来实现。第四次合作涉及另一项实验室实验旨在重现条件,以探索可能严重损坏工业燃烧器的火焰不稳定性。同样,这次合作将提供对可用于与数值模拟进行比较的实验数据的直接访问。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Analysis of chemical pathways and flame structure for n-dodecane/air turbulent premixed flames
正十二烷/空气湍流预混火焰的化学路径和火焰结构分析
  • DOI:
    10.1016/j.combustflame.2019.05.026
  • 发表时间:
    2019-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    D. Dasgupta;Wenting Sun;M. Day;A. Aspden;T. Lieuwen
  • 通讯作者:
    T. Lieuwen
Towards the distributed burning regime in turbulent premixed flames
走向湍流预混火焰中的分布式燃烧状态
  • DOI:
    10.1017/jfm.2019.316
  • 发表时间:
    2018-06-26
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    A. Aspden;M. Day;J. Bell
  • 通讯作者:
    J. Bell
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    $ 1万
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