Numerieke simulaties van verbrandingstoepassingen omvatten typisch verschillende chemische species, elk met verschillende eigenschappen. Waterstof, zijnde een lichte chemische specie, diffundeert sneller dan andere chemische componenten in een mengsel. Numerieke simulaties van turbulente verbranding baseren zich tegenwoordig vaak op de veronderstelling dat iedere chemische component diffundeert op hetzelfde tempo. Hoewel deze hypothese redelijk is bij fossiele brandstoffen, is het niet geldig voor waterstofverbranding. Meestal wordt dit differentiële diffusie effect genegeerd bij het uitvoeren van numerieke simulaties van turbulente verbranding, ofwel omdat het leidt tot grote vereenvoudigingen in de modellering, ofwel omdat er wordt verwacht dat turbulente menging een veel dominanter proces is dan moleculaire menging. Er bestaat echter uitgebreid experimenteel en numeriek bewijsmateriaal dat aangeeft dat moleculaire differentiële diffusie belangrijk kan zijn bij lage, matige en hoge Reynoldsgetallen. Ook al nemen differentiële diffusie effecten meestal af bij toenemende Reynoldsgetallen, ze kunnen nog steeds aanwezig zijn bij turbulente stromingen dicht bij de branderkop. Het in rekening brengen van differentiële diffusie effecten kan belangrijk zijn voor vlamberekening van reagerende stromingen, waarbij een nauwkeurige voorspelling van species nodig is, aangezien dit een vereiste is voor het nauwkeurig voorspellen van de lokale temperaturen, chemische reactiesnelheden en concentraties van verontreinigende stoffen.
In dit doctoraatsonderzoek werd er een nieuwe methodologie ontwikkeld, teneinde rekening te houden met differentiële diffusie effecten in numerieke simulaties van reactieve stromingen. Het is een algemene methodologie waarbij differentiële diffusie effecten zonder extra complexiteit in rekening kunnen worden gebracht en waarbij de nadelen verbonden met andere methoden worden vermeden. Uit de toepassing van de methodologie op laminaire en turbulente waterstofvlammen werd geconcludeerd dat het nauwkeurig genoeg is in vergelijking met andere methoden voor het in rekening brengen van differentiële diffusie effecten in numerieke simulaties van reactieve stromingen.
| |