Turbulente, chemisch reagierende Strömungen: wandnahe Simulationen:
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Aachen
Shaker Verlag
2018
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| Series: | Berichte aus der Energietechnik
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|---|---|
| adam_text | INHALT S VERZEICHNIS
1 E INLEITUNG 1
1.1
MOTIVATION..........................................................................................................
1
1.2 STAND DER F
ORSCHUNG........................................................................................
3
1.3 ZIELSETZUNG
.......................................................................................................
6
1.4 AUFBAU DER ARBEIT
...........................................................................................
7
2 B ESCHREIBUNG UND M ODELLIERUNG TURBULENTER STROEM UNGEN 9
2.1
GRUNDGLEICHUNGEN..............................................................................................
9
2.1.1 MASSEN- UND IM PULSERHALTUNG
............................................................
10
2.1.2
SPEZIESERHALTUNG..................................................................................
11
2.1.3
ENTHALPIEERHALTUNG...............................................................................
13
2.1.4 THERMISCHE ZUSTANDSGLEICHUNG
............................................................
16
2.1.5 ZUSAMMENFASSUNG DER VERWENDETEN GLEICHUNGEN
..............................
16
2.2 T U
RBULENZ..........................................................................................................
17
2.2.1 ENERGIEKASKADE UND TURBULENTE S K A LE N
.............................................
18
2.2.2 MODELLIERUNG TURBULENTER S TROEM UNG
...................................................
20
2.2.3
LARGE-EDDY-SIMULATION.........................................................................
20
2.3
ZUSAMMENFASSUNG..............................................................................................
24
3 B ESCHREIBUNG UND M ODELLIERUNG TURBULENTER REAGIERENDER STROEM UNGEN
25
3.1 GRUNDLAGEN CHEMISCHER REAKTION
................................................................... 25
3.1.1
REAKTIONSKINETIK..................................................................................
26
3.1.2 F LAM M
ENTYPEN.....................................................................................
27
3.1.2.1
DIFFUSIONSFLAMMEN................................................................
28
3.1.2.2
VORMISCHFLAMMEN...................................................................
29
3.1.3 EIGENSCHAFTEN VORGEMISCHTER F LA M M E N
.............................................
30
3.1.3.1 LAMINARE
EIGENSCHAFTEN....................................................... 30
3.1.3.2
FLAMME-TURBULENZ-INTERAKTION...........................................
32
3.1.4 FLAMME-WAND-INTERAKTION
..................................................................
35
3.1.4.1 LAMINARE
FLAMME-WAND-INTERAKTION.................................. 36
3.1.4.2 TURBULENTE
FLAMME-WAND-INTERAKTION............................... 38
3.2
CHEMIEBEHANDLUNG...........................................................................................
39
3.2.1 CHEMIEREDUKTION MITTELS FG M
.............................................................
40
3.2.1.1 WAHL DER
REAKTIONSFORTSCHRITTSVARIABLE............................... 40
3.2.1.2
TABELLENGENERIERUNG.............................................................
41
3.2.1.3 ANPASSUNG DER FLAMMENGESCHWINDIGKEIT AUFGRUND DER
DIFFUSIONSANNAHME................................................................
44
3.2.1.4 FGM-KOPPLUNG MIT EINEM LES-LOESER
...................................
45
3.2.2 TURBULCNZ-CHCMIC-INTCRAKTION FUER DIE LES IM ATE-KONTEXT .... 47
3.2.2.1 KUENSTLICHES
FLAMMENAUFDICKEN............................................ 47
3.2.2.2 W
RINKLING................................................................................
48
3.2.2.3 DYNAMISCHE A
UFDICKUNG........................................................ 49
3.2.3 CHEMIEBESCHREIBUNG MITTELS D C
.......................................................... 50
4 N UM ERISCHE VERFAHREN 51
4.1 GENERELLES
LOESUNGSVERFAHREN............................................................................
51
4.1.1 RAEUMLICHE
DISKRETISIERUNG...................................................................
51
4.1.2 KONVEKTIVE
FLUESSE..................................................................................
54
4.1.3 DIFFUSIVE FLUE SSE
......................................................................................
55
4.1.4 ZEITLICHE
DISKRETISIERUNG.......................................................................
56
4.1.5 D
RUCKKORREKTUR.....................................................................................
57
4.1.6
RANDBEDINGUNGEN..................................................................................
59
4.2 PERFORMANCESTEIGERUNGEN IN F
A S T E S T
............................................................. 59
4.2.1 PARALLELISIERUNG IN F
A S T E S T
................................................................ 60
4.2.1.1 BLOCKING COMMUNICATION IN FASTEST
...............................
61
4.2.1.2 NON-BLOCKING COMMUNICATION IN F
A S T E S T
.............................
63
4.2.1.3 VERGLEICH DER
SKALIERUNG........................................................ 65
4.2.2 EXTERNE BIBLIOTHEK ITERATIVER
GLEICHUNGSLOESER..................................... 66
4.2.2.1 BIBLIOTHEK L I S
.......................................................................
67
4.2.3 SKALICRUNGSPLOT MIT REALEM F A L L
.......................................................... 68
4.2.4 ZUSAMMENFASSUNG DER PERFORMANCESTEIGERUNGEN
..................................
68
5 C HARAKTERISIERUNG DES SIM ULIERTEN EXP ERIM EN TELLEN SW Q -BRENNERS
69
5.1 BESCHREIBUNG DES BRENNERS UND VERWENDETE MESSTECHNIK
..................................
69
5.1.1 MESSGENAUIGKEITEN UND UNTERSCHIEDE ZU DEN SIMULATIONEN
...............
71
5.2 NUMERISCHE BESCHREIBUNG DES B
RENNERS.......................................................... 72
5.2.1 GEBIETSBESCHREIBUNG FUER O PENFO A M
................................................. 72
5.2.2 GEBIETSBESCHREIBUNG FUER
F
ASTEST
.................................................... 73
5.3 PHYSIKALISCHE BESCHREIBUNG UND RANDBEDINGUNGEN AM SWQ-BRENNER . . .
75
5.3.1 LAMINARE
STROEMUNG...............................................................................
76
5.3.2
FLAMMENSTABILISIERUNG.........................................................................
78
5.3.3 TURBULENTE STROEM
UNG............................................................................
80
5.4
ZUSAMMENFASSUNG..............................................................................................
85
6 E RGEBNISSE DER LAM INAREN SW Q-K ONFIGURATION 87
6.1 GRUNDLAGEN FUER DIE LAMINARE A
USWERTUNG....................................................... 87
6.1.1 BESTIMMUNG DER
VERLOESCHPUNKTES.......................................................
87
6.1.2 EINFUEHRUNG EINES KONDITIONIERTEN KOORDINATENSYSTEMS
.....................
88
6.1.3
ATF-RUECKTRANSFORMATION......................................................................
89
6.2 NICHT REAKTIVER VERGLEICH DER
GESCHWINDIGKEITEN........................................... 90
6.3 REAKTIVE
KONFIGURATION.....................................................................................
91
6.3.1 REAKTIVER ZWEIDIMENSIONALER FALL
....................................................... 91
6.3.2 REAKTIVER DREIDIMENSIONALER F A
LL.......................................................... 94
6.3.3 VERGLEICH VON VERLOESCHPUNKT, WAERMESTROMDICHTE UND VERLOESCHABSTAND
94
6.3.4 EINFLUSS DER WANDTEMPERATUR BASIEREND AUF EINER ZWEIDIMENSIONA
LEN A USW
ERTUNG.....................................................................................
96
6.3.5 AUSWERTUNG DER TEMPERATUR UND DES CO-MOLENBRUCH
.....................
97
6.3.5.1 TEMPERATURPROFILE
................................................................. 97
6.3.5.2
CO-MOLENBRUCH-PROFILE...........................................................
98
6.3.5.3 C O
-T-PROFILE..........................................................................
98
6.3.6 ZUSAMMENFASSUNG DER 2-D UND
3-D-ERGEBNISSE....................................100
6.4 AUSWERTUNG DER FGM-SIMULATIONEN NAHE DER W A N D
.......................................101
6.5 ZUSAMMENFASSUNG DER LAMINAREN E
RGEBNISSE...................................................103
7 E RGEBNISSE DER TU RBULENTEN SW Q -K ONFIGURATION 105
7.1 WAHL DES ATE-MODELLS IM TURBULENTEN F A
LL......................................................105
7.2 BESTIMMUNG DER
VERLOESCHPUNKTES.....................................................................106
7.3 VERGLEICH MIT DEN EXPERIMENTELLEN D A TE N
.........................................................109
7.3.1 NICHT REAGIERENDES STROEM
UNGSFELD.........................................................109
7.3.2 VERGLEICH DER REAGIERENDEN LES MIT DEM E X P ERIM EN T
.......................
111
7.4 CHARAKTERISIERUNG DER FLAMME-WAND-INTERAKTION
..........................................114
7.4.1 VERLOESCHPUNKT UND FLAMMENFORM IM VERGLEICH ZUM LAMINAREN FALL .
115
7.4.2
FLAMME-WAND-AUFTREFFWINKEL...............................................................
115
7.4.3 FLAMMENLAENGE UND
VERLOESCHLINIENLAENGE................................................117
7.4.4 AXIALE VERLOESCHPOSITION UND W AERM
EFLUSS.............................................119
7.4.5 VERLOESCHABSTAND UND ZUGEHOERIGE WANDWAERMESTROMDICHTE
.................
122
7.5 TRANSIENTE ANALYSE DER
FLAMME-WAND-INTERAKTION..........................................123
7.5.1 EINTEILUNG DER BEWEGUNGEN VOM VERLOESCHPUNKT
.................................123
7.5.2 VERLOESCHPUNKT UND WAERMESTROMDICHTE IN DER TRANSIENTEN BETRACHTUNG
128
7.6
ZUSAMMENFASSUNG................................................................................................
133
8 ZUSAM M ENFASSUNG UND A USBLICK 137
8.1
ZUSAMMENFASSUNG................................................................................................
137
8.2 A
USBLICK................................................................................................................139
LITERATURVERZEICHNIS 141
L EBENSLAUF 155
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