Comparison of flamelet models for CH4/O2 diffusion flame using FINE/Open

This study presents a comparison of Flamelet models for simulating a methane/oxygen diffusion flame using FINE/Open. Three distinct models were evaluated and compared to DNS results. The first model is the classical adiabatic Flamelet, which employs a tabulation technique for the thermochemical properties as function of a mixing parameter. This technique avoids the need for chemistry integration during run-time, hence decreasing the computational effort. The second model is the Flamelet generated manifold (FGM), typically utilized for partially-premixed combustion, which extends the classical model by incorporating a reactive progress variable. The third is a hybrid technique, which incorporates a reactive progress variable while still utilizing the tabulation approach of the classical Flamelet model. The study found that all three approaches produced consistent and approximately equivalent results. However, the FGM simulation was found to offer a better estimation of species mass fraction fields, as expected due to the inclusion of a further variable that describes the progression of the chemical reaction.

Questo studio presenta una comparazione di modelli Flamelet per la simulazione di una fiamma diffusiva metano/ossigeno utilizzando FINE/Open. Sono stati valutati e confrontati tre differenti modelli con i risultati DNS. Il primo è il modello Flamelet adiabatico, che utilizza una tecnica di tabulazione per le proprietà termochimiche in funzione di un parametro di mescolamento. Questa tecnica evita la necessità di integrazione delle equazioni di trasporto delle specie chimiche durante la risoluzione del software, riducendo quindi il calcolo computazionale. Il secondo è il modello Flamelet generated manifold (FGM), tipicamente utilizzato per la combustione parzialmente pre-miscelata, che estende il modello classico incorporando una variabile di avanzamento della reazione. Il terzo è una tecnica ibrida, che incorpora una variabile di avanzamento della reazione pur continuando a utilizzare l’approccio di tabulazione del modello Flamelet classico. Lo studio ha riscontrato che tutti e tre gli approcci hanno prodotto risultati coerenti e approssimativamente equivalenti. Tuttavia, la simulazione FGM è risultata offrire una migliore stima dei campi di concentrazione delle specie, come ci si aspetterebbe data l’inclusione di una variabile che descrive la progressione della reazione chimica.