Radiation Monte Carlo approcah dedicated to the coupling with LES reactive simulation.
Modélisation du rayonnement par Monte Carlo appliquée dans les flammes turbulentes simulées par LES.
Abstract
Radiative transfer plays an important role in turbulent combustion and should be incorporatedin numerical simulations. However, as combustion and radiation are characterized bydifferent time scales and different spatial and chemical treatments, and the complexity of theturbulent combustion flow, radiation effect is often neglected or roughly modelled. Couplinga large eddy simulation combustion solver and a radiation solver through a dedicated languageCORBA is investigated. Four formulations of Monte Carlo method (Forward Method,Emission Reciprocity Method, Absorption Reciprocity Method and Optimized ReciprocityMethod) employed to resolve RTE have been compared in a one-dimensional flame testcase using three-dimensional calculation grids with absorbing and emitting medium in orderto validate the Monte Carlo radiative solver and to choose the most efficient model forcoupling. In order to improve the performance of Monte Carlo solver, two techniques havebeen developed. After that, a new code dedicated to adapt the coupling work has beenproposed. Then results obtained using two different RTE solvers (Reciprocity Monte Carlomethod and Discrete Ordinate Method) applied to a three-dimensional turbulent reactingflow stabilized downstream of a triangular flame holder with a correlated-k distributionmodel describing the real gas medium spectral radiative properties are compared not onlyin terms of physical behavior of the flame but also in computational performance (storagerequirement, CPU time and parallelization efficiency). Finally, the impact of boundary conditionstaking into account the actual wall emissivity and temperature has been discussed.
Le transfert radiatif joue un rôle important en combustion turbulente et doit donc êtrepris en compte dans les simulations numériques. Toutefois, à cause du fait que la combustionet le rayonnement sont deux phénomènes physiques très différents caractérisés par deséchelles de temps et d’espace également différentes, et la complexité des écoulements turbulents,l’effet du rayonnement est souvent négligé ou modélisé par des modèles très simples.Le couplage entre la combustion (LES) et le rayonnement avec l’environnement CORBAa été étudié. Dans le présent travail, quatre formulations de la méthode de Monte Carlo(méthode classique et méthode réciproque) dédiées à la résolution de l’équation de transfertradiatif ont été comparées sur un cas test de flamme 1D où l’on tient compte de l’absorptionet de l’émission du milieu en utilisant un maillage 3D. Le but de ce cas test est de valider lesolveur Monte Carlo et de choisir la méthode la plus efficace pour réaliser le couplage. Afind’améliorer la performance du code de Monte Carlo, deux techniques ont été développées.De plus, un nouveau code dédié au couplage a été proposé. Ensuite, deux solveurs radiatifs(Emission Reciprocity Monte Carlo Method et Discrete Ordinate Method), appliquésà une flamme turbulente stabilisée en aval d’un dièdre avec un modèle CK de propriétésradiatives, sont comparés non seulement en termes de description physique de la flamme,mais aussi en terme de performances de calcul (stockage, temps CPU et efficacité de laparallélisation). Enfin, l’impact de la condition limite a été discuté en prenant en comptel’émissivité et la température de paroi.
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