Ein Rechenmodell für reagierende turbulente Scherströmungen im chemischen Nichtgleichgewicht

Zusammenfassung Zur Berechnung turbulenter Strömungen mit chemischen Reaktionen wird ein Schlie\ungsmodell 2. Ordnung vorgeschlagen, das auch die Berücksichtigung von chemischem Nichtgleichgewicht erlaubt. Es besteht aus dem k- Modell zur Schlie\ung der gemittelten Impulsgleichungen, einem thermodynamischen Modell zur Schlie\ung der Zustandsgieichungen und der Energiegleichung und einem Mischungsmodell, das den Grad der Vermischung der Komponenten beschreibt und damit die Schlie\ung der gemittelten Stofferhaltungsgleichungen erlaubt.Für die Behandlung der gemittelten reaktionskinetischen Quellterme der Stofferhaltungsgleichungen wird eine Modifikation des Reihenansatzes von Borghi 7] vorgeschlagen, der die AnnÄherung an den Gleichgewichtszustand besser beschreibt. Das Modell wird auf die von Batt 11, 12] vermessene ebene Scherströmung angewendet und zeigt gute übereinstimmung zwischen Rechnung und Experiment.

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A method for predicting reacting turbulent shear flows with chemical non-equilibriums

A prediction model based on second order closure for the calculation of reacting turbulent flows including chemical non-equilibrium is put forward. It consists of the k- model for the closure of the mean momentum equations, the thermodynamic model for the closure of the mean equations of state and the mean energy-equation and the mixing model that describes the degree of mixedness of the components and consequently leads to the closure of the mean mass transport equations. A modification of the series truncation method of Borghi 7] is suggested that improves the representation of the mean chemical source terms as equilibrium is approached. The results of the calculations are compared with the measurements of Batt 11, 12] in a turbulent plane shear layer with and without reaction and show good agreement.

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Bezeichnungen C_i,j Turbulenzkonstante - D Divergenz der Geschwindigkeit (m/s) - D_b, D_f Vorexponentielle Faktoren im Arrheniusansatz (m³/kmol) - E_b, E_f Exponenten im Arrheniusansatz - F_b, F_f Aktivierungsenergie (K) - H_i Bezugsenthalpie der i-ten Komponente (kJ/kg) - K_i,j Turbulenzkonstante - KON Anzahl der im System vorkommenden Komponenten - M_i Molmasse (kg/kmol) - NR Anzahl der im System vorkommenden Elementargleichungen - Q_ij Konzentrationskorrelation zwischen der i-ten und der j-ten Komponente (kg²/m⁶) - R Restglied der Taylorentwicklung für die Geschwindigkeitskoeffizienten - T Temperatur (K) - a_b, a_f,b_b, b_f Koeffizienten der Taylorreihenentwicklung der Geschwindigkeitskoeffizienten - c_i Massenkonzentration der i-ten Komponente - c₁ Turbulenzkonstante der -Gleichung - c₂ Turbulenzkonstante der -Gleichung - c₃ Turbulenzkonstante der -Gleichung - c_pi spezifische WÄrmekapazitÄt der i-ten Komponente (kJ/kg/K) - h_i spezifische Enthalpie des Gesamtsystems (kJ/kg/K) - k Turbulenzenergie (m²/s²) - k_fj, k_bj Geschwindigkeit der j-ten Elementarreaktion (m³/kmol) - p Druck (N/m²) - v, (u,v,w) Geschwindigkeit (m/s) - x, (x,y,z) Raumkoordinate (m) - Molekularer Diffusionskoeffizient (m²/s) - Allgemeine Gaskonstante (kJ/kmol K) - w_i Quellterm der Konzentrationserhaltungsgleichungen (kg/m³/s) - _ijij stöchiometrische Koeffizienten deriten Komponente in der j-ten Elementarreaktion (VorwÄrtsreaktion ,RückwÄrtsreaktion) - _ij Kronecker-Symbol - Turbulente Dissipation (m²/s³) - Molekulare WÄrmeleitfÄhigkeit (KJ/m/s/K) - Dynamische ZÄhigkeit (kg/m/s) - _t Turbulente dynamische ZÄhigkeit(kg/ m/s) - kinematische ZÄhigkeit (m²/s) - _t Turbulente kinematische ZÄhigkeit (m²/s) - Turbulente Prandtlzahl Mittelwert und Schwankungsgrö\en Unbewichteter Mittelwert - · Unbewichtete Schwankungsgrö\e - Bewichteter (Favre-) Mittelwert - · Bewichtete (Favre-)Schwankungsgrö\e Indizes i,j Komponentenindex - , Summations-oder Vektorindex (,=1,2,3) - b RückwÄrtsreaktion - f VorwÄrtsreaktion