Modeling of NOx and Soot Formation in Diesel Combustion Modélisation de la formation des NOx et de la suie en combustion diesel

• Main Authors: Dederichs A. S., Balthasar M., Mauss F.
• Format: Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 2006-12-01
• Series: Oil & Gas Science and Technology
• Online Access: http://dx.doi.org/10.2516/ogst:1999021

An approach to model the formation and oxidation or reduction of soot and NO in turbulent diffusion flames is presented. The model is based on the flamelet library approach and extended to account for radiative heat losses in the flame. Due to the rather slow processes leading to soot and NO a modified flamelet library approach is used. Instead of taking the mass fractions directly from flamelet libraries the different source terms for soot and NO formation are calculated and a transport equation for the mean mass fractions is solved in the CFD calculation. The source terms are obtained from laminar counterflow-flame calculations using a detailed chemistry model for the gas phase species and the formation and oxidation of soot. Transport equations for the mean mixture fraction and the mixture fraction variance are solved and the chemical source term is closed by presuming a beta-function like distribution of mixture fraction and a log-normal distribution of the scalar dissipation rate. The model was first tested in laminar and turbulent jet flames. By applying a reduction strategy for the flamelet libraries of the source terms it was made applicable to the simulation of soot formation in a Diesel spray taking different oxidizer temperatures and pressures into account. Additionally, different formulations of the flamelet equations have been tested and their accuracy has been evaluated by comparing them to turbulent flame experiments. <br> Cet article présente une approche de modélisation de la formation et de l'oxydation ou de la réduction des suies et des NOx dans les flammes de diffusion turbulente. Le modèle repose sur l'étude des données d'une bibliographie de flamelets , et intègre la prise en compte des pertes radiatives de chaleur dans la flamme. Comme les processus de formation des suies et NO sont relativement lents, une nouvelle approche modifiée est proposée. Au lieu d'extraire les concentrations de suies et NO directement de la bibliothèque, leurs termes sources sont calculés et une équation de transport pour les masses moyennes est résolue dans le code de mécanique des fluides. Les termes sources sont obtenus à partir de calcul en chimie détaillée sur une configuration de type flamme à contre-courant. Les équations de transports de la variable de mélange et de sa variance sont résolues, et le terme source chimique est obtenu par une technique de PdF présumé avec des fonctions bêta et une distribution log-normale pour la dissipation scalaire. Le modèle a été testé sur des flammes de jet laminaires et turbulentes. En appliquant une stratégie de réduction des termes sources, il a été rendu applicable au calcul de la simulation des suies Diesel pour plusieurs températures et pressions de l'oxydant. De plus, différentes formulations d'équations de flamelets ont été testées et leur précision évaluée par rapport à une expérience de flamme turbulente.