A Filtered-Laminar-Flame PDF subgrid scale closure for LES of Premixed Turbulent Flames : Application to a Stratified Bluff-body burner with Differential Diffusion

par Suresh Kumar Nambully

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Pascale Domingo et de Luc Vervisch.

Le président du jury était Simone Hochgreb.

Le jury était composé de Christian Angelberger, Vincent Moureau.

Les rapporteurs étaient Denis Veynante, Andreas Kempf.

  • Titre traduit

    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.


  • Résumé

    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.


  • Résumé

    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 extract


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