Simulation of turbulent premixed methane/air combustion using OPENFOAM

Abstract

In this study, we simulated the turbulent premixed combustion of a methane/air mixture using the open-source computational fluid dynamics (CFD) software OPENFOAM. The mathematical model employed is based on solving the Navier-Stokes (NS) equations with turbulence modeled using the RANS (k-epsilon realizable) approach. We examined a detailed chemical mechanism comprising 41 reactions for two equivalence ratios (p = 0.56 and = 0.43) derived from published experimental data, with the mixture preheated to 673 K, at a pressure of 5 bars, and a jet velocity of 40 m/s. The results show a better match with the published experimentally measured flame length for an equivalence ratio of p = 0.43, suggesting that the model is adequate when finite rate effects are dominant. However, it requires adjustments for flames closer to the flamelet regime.

Résumé: Dans cette étude, nous avons simulé la combustion prémélangée turbulente du mélange méthane/air à l'aide du logiciel open-source de dynamique des fluides computationnelle (CFD) OPENFOAM. Le modèle mathématique utilisé est basé sur la résolution des équations de Navier-Stokes (NS) avec la turbulence modélisée par l'approche RANS (k- epsilon réalisable). Nous avons examiné un mécanisme chimique détaillé comportant 41 réactions pour deux rapports d'équivalence (p = 0,56 et = 0,43) dérivés de données expérimentales publiés, avec un mélange préchauffé à 673 K, une pression de 5 bars et une vitesse de jet de 40 m/s. Les résultats montrent une meilleure correspondance avec la longueur de flamme mesurée expérimentalement pour une richesse de q = 0,43, ce qui suggère que le modèle est adéquat lorsque les effets de taux finis sont dominants. Cependant, il nécessite des ajustements pour les flammes plus proches du régime de flamelet.