Simulation von Verbrennungsprozessen mit einem stochastischen Partikel-Modell

Frisque, Andrea; Schnakenberg, Jürgen

doi:428

Simulation von Verbrennungsprozessen mit einem stochastischen Partikel-Modell

Frisque, Andrea (Author)

2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Andrea Frisque

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2002

UmfangII, 118 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Schnakenberg, Jürgen (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-10-18

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-4287
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/57099/files/Frisque_Andrea.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Es wird ein neues Verfahren zur Simulation von Verbrennungsprozessen entwickelt, mit dem auch Fluktuationen abgebildet werden. Die Simulation von Reaktions-Diffusions-Systemen wird um die Variablen Temperatur und Geschwindigkeit erweitert, so dass die Wärmefreisetzung der Reaktionen sowie eine Strömung berücksichtigt werden können. Es wird ein mesoskopisches Modell entwickelt, in dem Moleküle in Teilvolumina betrachtet werden. Die Entwicklung des Systems wird durch Raten – Wahrscheinlichkeiten pro Zeit – für die einzelnen Prozesse chemische Reaktion, Diffusion und Strömung bestimmt. Die zeitliche Entwicklung der Wahrscheinlichkeit der Systemzustände wird durch die Master-Gleichung beschrieben, die mit der minimal-process-method, einem Monte-Carlo-Verfahren, simuliert werden kann. Es werden die Selbstzündung von Wasserstoff mit Sauerstoff und die von Methan mit Luft simuliert, wobei die Zündverzugszeit eine stochastische Variable ist. Für die Methan-Luft-Selbstzündung werden Zündverzugszeiten aus den Simulationen mit Werten aus Stoßrohr-Experimenten verglichen; die Übereinstimmung ist zufriedenstellend. Die Modellbildung der Transportprozesse erfolgt am Beispiel des Ausgleichs eines Konzentrationsunterschiedes durch Diffusion und der ebenen Staupunktströmung.

A new method for the simulation of combustion processes is developed that includes fluctuations. The simulation of reaction-diffusion-systems is extended by the variables temperature and velocity so that heat release by the chemical reactions as well as a flowfield can be represented. The model is based on a mesoscopic description of molecules in sub-volumes. The evolution of the system is determined by rates – probabilities over time – for the respective processes chemical reaction, diffusion, and flow. The time evolution of the probability of the system state is described by a Master-Equation which can be simulated with the minimal-process-method – a Monte-Carlo method. The auto-ignition of hydrogen with oxygen and methane with air is simulated to calculate the ignition delay time as a stochastic variable. For methane-air auto-ignition, the simulated ignition delay times are compared to shock tube experiments with satisfactory results. The transport processes are modeled and applied to two examples: equalization of a concentration difference by diffusion and a counterflow.

OpenAccess:
PDF
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