Μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες
Σε προσομοιώσεις μεγάλης κλίμακας τρισδιάστατων τυρβωδών ροών, η εκμετάλλευση λεπτομερών μοντέλων χημείας και μεταφοράς συχνά δημιουργεί την ανάγκη και τις απαιτήσεις για υψηλό κόστος σε επεξεργαστική ισχύ και χρήση μνήμης. Για να διατηρηθεί η πρακτικότητα και η ευελιξία τέτοιων προσομοιώσεων, η χημ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15005 |
| id |
nemertes-10889-15005 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Μειωμένη χημεία καύσης Επτάνιο Οξείδωση Στρωτές φλόγες Reduced combustion chemistry n-Heptane Oxidation Laminar flames |
| spellingShingle |
Μειωμένη χημεία καύσης Επτάνιο Οξείδωση Στρωτές φλόγες Reduced combustion chemistry n-Heptane Oxidation Laminar flames Γεωργαντάς, Ιωάννης Μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες |
| description |
Σε προσομοιώσεις μεγάλης κλίμακας τρισδιάστατων τυρβωδών ροών, η εκμετάλλευση λεπτομερών μοντέλων χημείας και μεταφοράς συχνά δημιουργεί την ανάγκη και τις απαιτήσεις για υψηλό κόστος σε επεξεργαστική ισχύ και χρήση μνήμης. Για να διατηρηθεί η πρακτικότητα και η ευελιξία τέτοιων προσομοιώσεων, η χημεία της καύσης συχνά αντιπροσωπεύεται από μοντέλα μειωμένων μηχανισμών αντίδρασης
Αυτή η διπλωματική παρουσιάζει την ανάπτυξη ενός τέτοιου μειωμένου χημικο-κινητικού σχήματος, για τη οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες του επτανίου (n-heptane); Το σχήμα αυτό είναι κατάλληλο για εφαρμογές προσομοιώσεων σε πολύπλοκες πρακτικές τυρβώδεις φλόγες.
Μέσω συνδυασμού των μεθοδολογιών του Γραφήματος Κατευθυνόμενου Συσχετισμού (Directed Relation Graph, DRG) και της μεθοδολογίας της Πλήρους Ανάλυσης Ευαισθησίας Συστατικών, (Full Species Sensitivity Analysis, FSSA), ένας εκτενής λεπτομερής σκελετικός μηχανισμός 65 συστατικών μειώθηκε συστηματικά σε ένα μοντέλο κατάλληλο για ατμοσφαιρικές συνθήκες και καύση υπό φτωχές έως στοιχειομετρικές συνθήκες. Η τελική αφαίρεση τον ανάλογων αντιδράσεων και συστατικών κατέστη δυνατή χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία της Ανάλυσης των Ροών των Αντιδράσεων (Reaction Path Flux Analysis), αποδίδοντας τελικά ένα μικρό σκελετικό χημικο σχήμα 25 συστατικών και 69 αντιδράσεων.
Ειδική προσοχή δόθηκε για να αποφευχθεί η ανάγκη συστηματικού συμψηφισμού, μέσω προσθαφαίρεσης αντιδράσεων (lumping) και η αξιοποίηση συνολικών συνθετών χημικοκινητικών ρυθμών αντίδρασης, συνήθως εκφραζόμενων ως μη-γραμμικών αλγεβρικών συνδυασμών, από τα επιμέρους στοιχειώδη βήματα τα οποία είχαν αφαιρεθεί. Επιπροσθέτως διατηρήθηκαν πλήρωνες τα περισσότερα σημαντικά ριζικά και ένας πολύ σημαντικός αριθμός από τους ενδιάμεσους, ελαφρύτερης αλυσίδας, υδρογονάνθρακες για να διασφαλιστεί η σωστή αποσύνθεση και οξείδωση του κυρίου υδρογονάνθρακα. Μια σειρά από 0-D και 1-D πλήρως προαναμεμειγμένες στρωτές φλόγες, φλόγες αντιρροής, υπολογίστηκαν κατά την επαναληπτική διαδικασία πιστοποίησης.
Η αξιολόγηση της αξιοπιστίας του μηχανισμού έγινε μέσω συμπληρωματικών υπολογισμών και συγκρίσεων με αποτελέσματα από τον βασικό μηχανισμό των 65 συστατικών όπως επίσης και με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα. Οι συγκρίσεις κατέδειξαν ότι το παραχθέν σχήμα παρουσιάζει μια πολύ ικανοποιητική συμφωνία με αυτά τα δεδομένα για όλη την περιοχή των παραμέτρων για τις οποίες αναπτύχθηκε. |
| author2 |
Georgantas, Ioannis |
| author_facet |
Georgantas, Ioannis Γεωργαντάς, Ιωάννης |
| author |
Γεωργαντάς, Ιωάννης |
| author_sort |
Γεωργαντάς, Ιωάννης |
| title |
Μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες |
| title_short |
Μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες |
| title_full |
Μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες |
| title_fullStr |
Μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες |
| title_full_unstemmed |
Μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες |
| title_sort |
μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15005 |
| work_keys_str_mv |
AT geōrgantasiōannēs meiōsēektenōnpolybēmatikōnchēmikokinētikōnmēchanismōneptaniougiaaxiopoiēsēautōnsestrōteskaityrbōdeisphloges AT geōrgantasiōannēs reductionprocedureofdetailedmultistepchemicalkineticmechanismsofheptaneairforutilizationinlaminarandturbulentflames |
| _version_ |
1771297165648330752 |
| spelling |
nemertes-10889-150052022-09-05T06:58:42Z Μείωση εκτενών πολυβηματικών χημικο-κινητικών μηχανισμών επτανίου για αξιοποίηση αυτών σε στρωτές και τυρβώδεις φλόγες Reduction procedure of detailed multistep chemical-kinetic mechanisms of heptane-air for utilization in laminar and turbulent flames Γεωργαντάς, Ιωάννης Georgantas, Ioannis Μειωμένη χημεία καύσης Επτάνιο Οξείδωση Στρωτές φλόγες Reduced combustion chemistry n-Heptane Oxidation Laminar flames Σε προσομοιώσεις μεγάλης κλίμακας τρισδιάστατων τυρβωδών ροών, η εκμετάλλευση λεπτομερών μοντέλων χημείας και μεταφοράς συχνά δημιουργεί την ανάγκη και τις απαιτήσεις για υψηλό κόστος σε επεξεργαστική ισχύ και χρήση μνήμης. Για να διατηρηθεί η πρακτικότητα και η ευελιξία τέτοιων προσομοιώσεων, η χημεία της καύσης συχνά αντιπροσωπεύεται από μοντέλα μειωμένων μηχανισμών αντίδρασης Αυτή η διπλωματική παρουσιάζει την ανάπτυξη ενός τέτοιου μειωμένου χημικο-κινητικού σχήματος, για τη οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες του επτανίου (n-heptane); Το σχήμα αυτό είναι κατάλληλο για εφαρμογές προσομοιώσεων σε πολύπλοκες πρακτικές τυρβώδεις φλόγες. Μέσω συνδυασμού των μεθοδολογιών του Γραφήματος Κατευθυνόμενου Συσχετισμού (Directed Relation Graph, DRG) και της μεθοδολογίας της Πλήρους Ανάλυσης Ευαισθησίας Συστατικών, (Full Species Sensitivity Analysis, FSSA), ένας εκτενής λεπτομερής σκελετικός μηχανισμός 65 συστατικών μειώθηκε συστηματικά σε ένα μοντέλο κατάλληλο για ατμοσφαιρικές συνθήκες και καύση υπό φτωχές έως στοιχειομετρικές συνθήκες. Η τελική αφαίρεση τον ανάλογων αντιδράσεων και συστατικών κατέστη δυνατή χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία της Ανάλυσης των Ροών των Αντιδράσεων (Reaction Path Flux Analysis), αποδίδοντας τελικά ένα μικρό σκελετικό χημικο σχήμα 25 συστατικών και 69 αντιδράσεων. Ειδική προσοχή δόθηκε για να αποφευχθεί η ανάγκη συστηματικού συμψηφισμού, μέσω προσθαφαίρεσης αντιδράσεων (lumping) και η αξιοποίηση συνολικών συνθετών χημικοκινητικών ρυθμών αντίδρασης, συνήθως εκφραζόμενων ως μη-γραμμικών αλγεβρικών συνδυασμών, από τα επιμέρους στοιχειώδη βήματα τα οποία είχαν αφαιρεθεί. Επιπροσθέτως διατηρήθηκαν πλήρωνες τα περισσότερα σημαντικά ριζικά και ένας πολύ σημαντικός αριθμός από τους ενδιάμεσους, ελαφρύτερης αλυσίδας, υδρογονάνθρακες για να διασφαλιστεί η σωστή αποσύνθεση και οξείδωση του κυρίου υδρογονάνθρακα. Μια σειρά από 0-D και 1-D πλήρως προαναμεμειγμένες στρωτές φλόγες, φλόγες αντιρροής, υπολογίστηκαν κατά την επαναληπτική διαδικασία πιστοποίησης. Η αξιολόγηση της αξιοπιστίας του μηχανισμού έγινε μέσω συμπληρωματικών υπολογισμών και συγκρίσεων με αποτελέσματα από τον βασικό μηχανισμό των 65 συστατικών όπως επίσης και με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα. Οι συγκρίσεις κατέδειξαν ότι το παραχθέν σχήμα παρουσιάζει μια πολύ ικανοποιητική συμφωνία με αυτά τα δεδομένα για όλη την περιοχή των παραμέτρων για τις οποίες αναπτύχθηκε. In large scale turbulent flame simulations, the exploitation of detailed chemistry and transport models often necessitates expensive memory and CPU requirements. To maintain the practicality and flexibility of such simulations the combustion chemistry is commonly represented by reduced reaction mechanisms. The present study presents the development of such a reduced short kinetic scheme, for the high temperature oxidation of n-heptane, suitable for application in complex turbulent flame simulations. Through a combination of DRG and FSSA methodologies a skeletal 65-species kinetic model was formally reduced to a 25-species derivative suitable, for atmospheric, lean to stoichiometric conditions. Further removal of appropriate reactions and species was facilitated using Reaction Path Flux Analysis, yielding a short chemical scheme of 25 species and 69 reactions. Particular attention was given to avoid the addition of lumped reactions and artificial kinetic rates expressed as non-linear algebraic combinations of excluded elementary steps. In addition, most of the original radical reaction pathways were duly preserved and an adequate number of intermediate lighter-chain hydrocarbon species was represented in the reduced scheme to ensure a proper breakdown and oxidation of the main hydrocarbon. A series of 0-D, 1-D propagating and counterflowing premixed flames and axisymmetric coflowing laminar jet flames, were computed throughout the iterative validation procedure. Complementary computations with the 65-species base scheme, as well as available experimental data were exploited for the assessment of the optimization effort. The comparisons demonstrated that the derived scheme produced a satisfactory agreement with these data over the investigated parameter space. 2021-07-14T05:10:07Z 2021-07-14T05:10:07Z 2021-07-13 http://hdl.handle.net/10889/15005 gr application/pdf |
