Comparação entre os modelos espectrais WSGG e SLW em simulação numérica de chama laminar

Abstract

A radiação térmica apresenta um importante papel na modelagem da combustão devido às altas temperaturas envolvidas. O objetivo deste estudo é comparar dois modelos espectrais, o modelo da soma-ponderada-de-gases-cinza (WSGG) e a variante Rank-Correlated do modelo da soma-ponderada-de-gases-cinza baseado nas linhas espectrais (SLW) através da simulação numérica de uma chama difusiva laminar. A cinética química foi resolvida com o modelo de cinética química detalhada, as equações de estado e a conservação da massa e da quantidade de movimento completam a modelagem do escoamento laminar. O estudo é realizado com o solver comercial Ansys Fluent. A modelagem da radiação térmica é realizada de forma desacoplada à simulação da chama. O modelo WSGG e o modelo Rank-Correlated SLW são incorporados através de rotinas definidas pelo usuário. As diferenças encontradas entre os modelos são cerca de 20% para o fluxo de calor radiativo calculado e 12% para o termo fonte radiativo, considerando cinco gases cinza. Ao aumentar o número de gases cinza para dez no modelo Rank-Correlated SLW, a diferença com relação ao modelo WSGG foi em média de 5% para fluxo de calor radiativo e 2% para o termo fonte radiativo.

Thermal radiation has an important role in modelling combustion due to the high temperatures involved. The objective of this study is to compare two spectral models, the weighted-sum-of gray-gases (WSGG) and the Rank-Correlated variant of the spectral line-based weighted-sum of-gray-gases model (SLW) through the numerical simulation of a laminar diffusive flame. The detailed chemical kinetics, the equations of state and the conservation of mass and momentum complete the laminar flow modelling. The study was performed using the commercial solver Ansys Fluent. Thermal radiation modelling is uncoupled, using the converged temperature and concentration fields of the participating species in the flame studied. The WSGG model and the Rank-Correlated SLW model were incorporated through user-defined routines. The differences between the models are around 20% for radiative heat flux and 12% for the radiative source term, considering five grey gases. When increasing the number of grey gases to ten in the Rank-Correlated SLW model, the difference with the WSGG model was on average 5% for radiative heat flux and 2% for the radiative source term.