Método flamelet para la simulación de llamas turbulentas difusivas con swirl

Abstract

[ES] La industria aeroespacial junto a su continua búsqueda de mejoras a nivel tecnológico son las principales responsables de las innovaciones experimentadas en el sector durante las últimas décadas. En esta línea, las "swirling flames" constituyen un punto de gran interés en el campo de la combustión, y su estudio es lo que ha motivado la realización de esta trabajo final de grado. Específicamente, el objetivo de este proyecto es implementar un "swirling flow" en el ambiente de trabajo OpenFOAM a través de la creación de una nueva condición de contorno, llamada "swirl". A continuación, tanto las simulaciones de flujo no reactivo como de flujo reactivo son llevadas a cabo, cuyo análisis consiste en la comparación y validación de los resultados con datos experimentales.

Centrándonos en el caso del flujo reactivo ("swirling flame"), la metodología usada se basa en las técnicas de la Mecánica de Fluidos Computacional, las cuales permiten resolver problemas de combustión turbulenta mediante el uso de un enfoque numérico llamado "flamelet approach". Este permite desacoplar el problema de la combustión en dos partes: mezclado y estructura de la llama. Este método es posible gracias a la introducción de un escalar pasivo: la fracción de mezcla "z".

[EN] Aerospace industry and its continuous seek for technological improvements are responsible for the innovations experienced during the last decades. In this sense, swirling flames constitute a point of interest for the combustion field, and its study is what has motivated this thesis project. In particular, the main objective of this work is to implement a swirling flow in OpenFOAM environment by setting a new boundary condition, named "swirl". Then, both non-reactive and reactive flow simulations are carried out, whose analysis is done by comparing and validating them with experimental data.

Focusing onto the reactive case (swirling flame), the methodology used is based on Computational Fluid Dynamics techniques which allow solving turbulent combustion problems through the implementation of a numerical approach known as flamelet approach. It consists on decoupling the combustion process into two subsets: mixing and flame structure. This method is attainable thanks to the introduction of a passive scalar: the mixture fraction "z".