La combustin turbulentaLa combustin de combustibles fsiles sigue siendo una tecnologa clave para el futuro previsible. Por tanto, es importante que entendamos los mecanismos de la combustin y, en particular , el papel de la turbulencia dentro de este proceso. La combustin tiene lugar siempre dentro de un campo de flujo turbulento por dos razones : La turbulencia aumenta el proceso de mezcla y mejora la combustin , pero al mismo tiempo de la combustin libera calor, que genera inestabilidad de flujo a travs de la expansin del gas y la flotabilidad , por lo tanto la mejora de la transicin a la turbulencia .Los cuatro captulos de este libro presentan una completa introduccin al campo de la combustin turbulenta. Despus de una visin general de los mtodos de modelizacin , los tres captulos restantes consideran los tres casos distintos de premezclado , nonpremixed , y la combustin de premezcla parcial , respectivamente .Este libro ser de utilidad para los investigadores y los estudiantes de la ingeniera y las matemticas aplicadas al demostrar las teoras actuales de combustin turbulenta dentro de una presentacin unificada del campo .Norbert Peters ha sido profesor en la mecnica en la RWTH Aachen en Alemania desde 1976. Actualmente es editor adjunto de la Combustin y Arde y editor de flujo, la turbulencia y la combustin . En 1990 recibi el Premio Leibniz de la Deutsche Forschungsgemeinschaft , y en 1994 recibi un doctorado honorario de la Universite 'L' ibre de Bruselas.CAMBRIDGE MONOGRAFAS SOBRE LA MECNICAeditor fundadorG. K. BatchelorEDITORES GENERALESS. DavisWalter P. Murphy ProfesorMatemticas Aplicadas e Ingeniera MecnicaUniversidad del NoroesteL. B. FreundHenry Ledyard Goddard profesor de la UniversidadDivisin de IngenieraUniversidad de BrownS. LeibovichEscuela de Sibley de mecnica e ingeniera aeroespacialUniversidad de CornellV. TvergaardDepartamento de Mecnica de SlidosLa Universidad Tcnica de DinamarcaCOMBUSTION TURBULENTONORBERT PETERSInstitut fur Technische Mechanik Rheinisch- Westfalische Technische Hochschule Aachen , Alemania El edificio de Pitt, Trumpington Street, Cambridge , Reino Unido El Edificio Edimburgo, Cambridge CB2 2RU , Reino Unido40 West 20th Street, New York, NY 10011 hasta 4211 , EE.UU.477 Williamstown Road, Port Melbourne , VIC 3207 , AustraliaRuiz de Alarcn 13 , 28014 Madrid, EspaaDock House , The Waterfront , Ciudad del Cabo 8001 , Sudfrica http://www.cambridge.org Cambridge University Press 2004Publicado por primera vez en formato impreso 2000ISBN 0-511-01927-0 Libro-e ( netLibrary )ISBN 0-521-66082-3 de tapa duraPara Cordula

contenidoPgina Prefacio xi1 de combustin turbulenta : El estado de la tcnica 11.1 Qu es especfica acerca de la turbulencia con la combustin ? 11.2 Descripcin estadstica de flujos turbulentos 51.3 ecuaciones de Navier -Stokes y modelos de turbulencia 101.4 Dos puntos de velocidad correlaciones y las escalas turbulentas 131.5 Ecuaciones de Balance para escalares reactivas 181.6 tipos de reaccin qumica y asinttica de varios pasos 221.7 mtodos Momento para escalares reactivas 291.8 Disipacin y escalar transporte de nonreacting yescalares linealmente reaccionan 301.9 El eddy - ruptura y la disipacin de los remolinosmodelos 331.10 El modelo de ecuacin de transporte pdf 351.11 El concepto flamelet laminar 421.12 El concepto de clausura momento condicional 531.13 El modelo de Foucault lineal 551.14 modelos de combustin utilizados en gran simulacin eddy 571.15 Resumen de los modelos de combustin turbulentos 632 premezclada combustin turbulenta 662.1 Introduccin 662.2 laminar y turbulento quema velocidades 692.3 Regmenes de combustin premezclada turbulenta 78 2.4 El modelo de Bray- Moss- Libby y coherenteModelo de la llama 87viiviii Contenido2.5 El enfoque de conjunto de nivel para las llamitas corrugadosrgimen de 912.6 El enfoque del nivel establecido para las zonas de reaccin delgadasrgimen 1042.7 Una ecuacin set nivel comn para ambos regmenes 1072.8 Modelado de combustin turbulenta premezclada basado enEl enfoque que establece el nivel 1092.9 Ecuaciones para la media y la varianza de T 1142.10 La velocidad de combustin turbulenta 1192.11 Una ecuacin modelo para la relacin de rea de superficie de la llama 1272.12 Efectos de la expansin de los gases de la combustin turbulentavelocidad 1372.13 ecuaciones flamelet laminar para premezcladacombustin 1462.14 ecuaciones Flamelet en turbulento premezcladocombustin 1522.15 El enfoque pdf presunto forma 1562.16 Los clculos numricos de las llamas turbulentas premezclados unidimensionales y multidimensionales 1572.17 Un ejemplo numrico utilizando la forma presunta pdfacercarse a 1622.18 Observaciones finales 1683 de combustin turbulenta Nonpremixed 1703.1 Introduccin 1703.2 La variable fraccin de mezcla 1723.3 TheBurke - Schumannandtheequilibriumsolutions 1763.4 llamas no equilibrio 1783.5 Soluciones numricas y asintticas de contraflujolas llamas de difusin 1863.6 Regmenes de combustin turbulenta nonpremixed 1903.7 Modelado nonpremixed combustin turbulenta 1943.8 El enfoque pdf presunto forma 1963.9 turbulentos llamas de difusin jet 1983.10 Los datos experimentales de difusin chorro turbulentollamas 2033.11 ecuaciones flamelet laminar para nonpremixedcombustin 2073.12 ecuaciones Flamelet en turbulento nonpremixedcombustin 212Contenido ix3.13 Steady frente inestable modelado flamelet 2193.14 Las predicciones de los campos escalares reactivos y la formacin de contaminantes en las turbulentas llamas de difusin jet 2223.15 modelado combustin de las turbinas de gas , quemadores, ymotores diesel de inyeccin directa de 2293.16 Observaciones finales 2354 de combustin turbulenta premezcla parcial 2374.1 Introduccin 2374.2 Lifted llamas de difusin chorro turbulento 2384.3 llamas triples como un elemento clave de premezcla parcialcombustin 2454.4 Modelado de propagacin de la llama turbulenta en partesistemas premezclados 2514.5 Simulacin numrica de las alturas de despegue en la turbulentallamas jet 2554.6 Escala de la altura del despegue 2584.7 Observaciones finales 261Eplogo 263Glosario 265Bibliografa 267 ndice de autor 295Materias 302

prefacioLos combustibles fsiles siguen siendo la principal fuente de energa para la calefaccin domstica , la generacin de energa y transporte. Otras fuentes de energa como la energa solar y la elica o la energa nuclear siguen representando menos del 20 % del consumo total de energa. Por lo tanto la combustin de combustibles fsiles , siendo la tecnologa ms antigua de la humanidad , sigue siendo una tecnologa clave hoy y en el futuro previsible . Es bien sabido que la combustin no slo genera calor , que se puede convertir en energa , sino que tambin produce contaminantes tales como los xidos de nitrgeno (NOx) , holln, y los hidrocarburos no quemados (HC) . Regulaciones cada vez ms estrictas estn obligando a los fabricantes de vehculos automviles y plantas de energa para reducir las emisiones contaminantes , por el bien de nuestro medio ambiente. Adems , se cree que las emisiones inevitables de CO2 contribuyendo al calentamiento global. Estas emisiones se reducirn mediante la mejora de la eficiencia del proceso de combustin , aumentando de este modo la economa de combustible .En los procesos tcnicos , la combustin casi siempre se lleva a cabo dentro de un turbulento en lugar de un campo de flujo laminar . La razn de esto es doble : en primer lugar , la turbulencia aumenta los procesos de mezcla y por lo tanto mejora la combustin. En segundo lugar, la combustin libera calor y por lo tanto genera un flujo inestabilidad por flotacin y el gas de expansin , que luego mejora la transicin a la turbulencia .Este libro aborda slo los flujos turbulentos gaseosos. Aunque los flujos turbulentos de dos fases , como salpicaduras de combustible tambin son de gran inters prctico , se omiten aqu , porque sus fundamentos son an menos conocidos que los de combustin turbulenta. Tambin nos limitamos a bajo nmero de Mach fluye , porque la combustin turbulenta de alta velocidad es un rea propia, con aplicaciones prcticas en la aviacin supersnica y slo hipersnico .Los procesos tcnicos en la combustin turbulenta gaseosa pueden subdividirse en funcin de la mezcla : la combustin turbulenta premezclado , nonpremixed o parcialmente premezclado . Por ejemplo , en la combustin de carga homognea de encendido por chispaximotores o turbinas de gas de mezcla pobre se produce en condiciones premezclados . En contraste , la combustin en un motor diesel o en hornos se lleva a cabo esencialmente en condiciones nonpremixed o parcialmente premezcladas .En el motor de encendido por chispa , el combustible y el oxidante se mezclan por la turbulencia de un perodo suficientemente largo de tiempo antes de que la chispa elctrica enciende la mezcla . La deposicin de la energa elctrica a partir de la chispa ioniza el gas y se calienta a varios miles de grados Kelvin . A temperaturas superiores a los mil grados Kelvinchemicalreactionsareinitiated.Thesegenerateaflamekernelthatgrows en primera por laminar , a continuacin, por la propagacin de la llama turbulenta. La velocidad de combustin turbulenta y su prediccin a partir de primeros principios jugarn un papel central en el captulo de la combustin turbulenta premezclado .En las turbinas de gas de mezcla pobre estacionarias que recientemente han sido desarrolladas para powergeneration , thefuelisprevaporizedandpremixedwithairbeforeentering en la cmara de combustin. Para homogeneizar el campo de temperatura y de ese modo reducir las emisiones , en particular, las de NOx , la mezcla turbulenta es muy fuerte y domina el proceso de combustin . En la regin postflame mezcla con secondaryairreducesthetemperaturetolevelsthatarelowenoughnottodestroy theturbinebladesdownstreamoftheexhaust.Thereductionintemperaturealso congela la formacin de NOx en la regin postflame .En las turbinas de gas de rico a pobre - quemadura utilizados en motores de aviones , combustible lquido se inyecta en la cmara de combustin , donde se evapora y se quema en una llama de difusin turbulenta , que se estabiliza mediante remolino y la recirculacin . Al igual que en las turbinas de gas de mezcla pobre de aire secundario se mezcla en la corriente de producto de la llama para oxidar los hidrocarburos restantes , CO y holln y para reducir la temperatura en el escape .En el motor diesel , varios aerosoles de combustibles lquidos se inyectan en el aire comprimido caliente ; el combustible se evapora y se mezcla parcialmente con el aire antes de que ocurra la autoignicin . El proceso de auto-ignicin ocurre con bastante al azar y de forma independiente en varios lugares dentro de las pulverizaciones. Estos ncleos de encendido iniciar entonces el agotamiento de la mezcla aire-combustible de premezcla parcial . El agotamiento final ocurre esencialmente en condiciones nonpremixed .En los hornos , finalmente , los combustibles gaseosos , lquidos , o slidos se inyectan por separado del aire en la cmara de combustin . El aire puede precalentarse o parcialmente diluido por los gases de escape calientes . Una vez que la mezcla se enciende , la llama se propaga hacia la boquilla hasta que se estabiliza a una distancia , llamada la altura del despegue , aguas abajo de la boquilla. Premezcla parcial tiene lugar en la regin entre la boquilla y la altura de despegue y determina la estabilizacin de la llama turbulenta . Ms abajo , la combustin se produce de nuevo en condiciones nonpremixed .xiiiEs evidente que, adems de premezclado y la combustin nonpremixed , obras de teatro de combustin de premezcla parcial , al menos localmente , un papel importante en aplicaciones prcticas . Otro ejemplo para la combustin de premezcla parcial es el motor de encendido por chispa moderna de inyeccin directa , donde la carga es estratificado de tal forma que la llama iniciada en la chispa se propaga a travs de una mezcla homognea de premezcla parcial .Un segundo criterio para la subdivisin de la combustin turbulenta se refiere a los ratioofturbulenttochemicaltimescales.Becauseofchain - branchingreactions , oxidacin de hidrocarburos se produce si la temperatura est por encima de una cierta temperatura de reticulacin , pero cesa si la temperatura cae por debajo de esa temperatura . La temperatura de reticulacin se define como la temperatura a la que los efectos de las reacciones chainbranching justo equilibrio que las reacciones de rotura de cadena . A presin ambiente esta temperatura se encuentra entre 1300 K y 1500 K para las llamas de hidrocarburos pero aumenta con la presin. A temperaturas inferiores a la temperatura de reticulacin , la extincin se produce , lo cual debe ser evitado en general en aplicaciones prcticas. Por lo tanto , los motores de combustin suelen operar con seguridad , aparte de la extincin en condiciones donde las temperaturas son lo suficientemente altos y las reacciones qumicas ocurren rpidamente . Esto se refiere a la qumica tan rpido a menudo .Qumica lenta no muy a menudo se producen en los procesos prcticos. Aunque la formacin de NOx es un proceso relativamente lento , que est casi siempre vinculada a la qumica rpida de las principales reacciones de combustin , ya que depende de la presencia de radicales . Hay algunas aplicaciones de la qumica de oxidacin lenta justo por encima de la temperatura de reticulacin entre la cadena de ramificacin y las reacciones de rotura de cadena , por ejemplo, quemadores de bajo NOx , que funcionan a temperaturas en las que tanto la oxidacin y la qumica de NOx son relativamente lentos . Este proceso ha sido denominado combustin LEVE . Un ejemplo es el modo de combustin SUAVE, que ser discutido en el Captulo 3 .Los cuatro captulos de este libro estn organizados de la siguiente manera :En el captulo 1, despus de una introduccin general, el modelado actual ms prominente acerca de flujos turbulentos con combustin sern presentados . Al final de ese captulo se presentar una visin general de los modelos existentes en trminos de mezcla y en trminos de qumica tasa infinitamente rpido o finito.En el captulo 2 , que trata de la combustin turbulenta premezclado , se har hincapi en un modelo de combustin que utiliza el enfoque del nivel establecido para determinar la ubicacin de la superficie de la llama premezclada . Regmenes de Damko hler de gran escala y la turbulencia a pequea escala se asociarn con el rgimen llamitas corrugado y el rgimen de zonas de reaccin delgada , respectivamente. Por ltimo , sobre la base de una ecuacin para la relacin de rea de superficie de la llama , una expresin se deriva de la velocidad de combustin turbulenta , vlida en ambos regmenes . Otros modelos y datos experimentales sern discutidos a la luz de esta formulacin. Aunque las matemticas detrs del enfoque de ajuste de nivel es bastante exigente, el autor cree que es necesario con el fin de capturar la fsica de una superficie de la llama turbulenta premezclada de propagacin.En el Captulo 3 , se presentarn modelos de combustin nonpremixed . Se pone nfasis en los modelos que se basan en la fraccin de mezcla como variable independiente. La definicin y el papel de la fraccin de mezcla se discutirn en detalle. La derivacin de las ecuaciones flamelet se basa en argumentos asintticos de dos escala . Filtrado del campo fraccin de la mezcla y la de los escalares reactivos fuera de la zona de reaccin delgada justificarn el uso de ecuaciones flamelet en todo el rango de la fraccin mezcla disponible. El modelo flamelet se comparar con los experimentos y otros modelos utilizados para la combustin turbulenta nonpremixed . Se presentarn leyes de escala para las llamas chorro turbulento redondas incluyendo la formacin de NOx y la influencia de la flotabilidad .Captulo 4 se refiere a la combustin de premezcla parcial . El problema clsico en la combustin de premezcla parcial es la estabilizacin de la llama a la altura del despegue en una llama de difusin chorro turbulento , que ser discutido en detalle. El elemento clave del frente de llama instantnea es la estructura de triple llama. La formulacin nivel fijado para la combustin premezclada y la formulacin fraccin mezcla de combustin nonpremixed se combinarn para obtener una expresin para la velocidad de combustin turbulenta en los sistemas de premezcla parcial . Esta expresin se valida con respecto a su capacidad para predecir la altura de despegue de levantadas las llamas de difusin turbulenta .Por ltimo , en el eplogo se enfatizan los principios detrs de la modelizacin de combustin turbulenta.Los modelos de turbulencia utilizadas en los cuatro captulos de este libro se basan en procedimientos de modelado que se desarrollaron para nonreacting flujos de densidad constantes. Ellos son muy disputados , incluso para aquellas aplicaciones porque se basan en el empirismo y una especie de intuicin complementado con argumentos fsicos . Quedar claro que con la combustin , el empirismo y el nmero de simplificaciones necesarias aumentan. Esto se refleja en la gran variedad de diferentes modelos de combustin que se han formulado y que son perseguidos y la mejora continua de los diferentes grupos de la comunidad de combustin. En algunos casos modelos de la competencia se basan en los mismos conceptos fsicos , con diferentes estrategias de modelado que conducen a diferentes formulaciones . En otros casos , los conceptos son fundamentalmente diferentes . Por ejemplo , los modelos de Lagrange , tales como los utilizados en el modelo de ecuacin de transporte de PDF difieren en su formulacin matemtica y fsica de los modelos clsicos flamelet formuladas en el marco euleriano . Como consecuencia , si uno necesita para resolver un problema de combustin numricamente , una eleccin a priori una tiene que ser hecha en cuanto a qu modelo xva utilizar . Esto es lamentable , ya que ningn modelo es infalible y, ciertamente, hay un nico enfoque proporcionar respuestas definitivas a la gran variedad de problemas en la combustin turbulenta.En vista de estas dificultades, uno puede estar tentado a dejar de tratar de modelar la combustin turbulenta y volver a dirigir simulaciones numricas ( DNS ) . Sin embargo , como seala Bray ( 1996 ) , "DNS son una herramienta extremadamente valiosa investigacin ... fromwhichmuchcanbelearned . ... Sin embargo, DNScannotandwillnot satisfacer la urgente necesidad de mejorar los mtodos de prediccin para ayudar ... el diseo de sistemas de combustin nmero de Reynolds altos prcticos . " La razn de esto radica en el amplio rango de escalas que tendran que resolver si un completo simulacin numrica fuera a realizar. Dado que la combustin requiere mezcla molecular en la escala ms pequea de la turbulencia, la escala de Kolmogorov , esta escala y las escalas ms pequeas de las capas delgadas de reaccin tendra que ser resuelto. El subrango inercial entre la escala integral y la escala Kolmogorov se extiende normalmente ms de dos rdenes de magnitud en aplicaciones de ingeniera con la combustin. El tamao de la cmara de combustin L se calcula como al menos un orden de magnitud ms grande que la escala integral . Por lo tanto hay al menos tres rdenes de magnitud entre L y el tamao de malla necesario para resolver los procesos que ocurren en la escala de Kolmogorov por una simulacin numrica directa . Con un tamao de malla y constantes y una de tres dimensiones (3D ) de malla esto dara lugar a por lo menos 109 puntos de la malla , lo que hace este tipo de clculos prohibitivo para muchos aos por venir .Sin embargo , quiteelaboratenumericalcodesusingadaptivegriddingtoaccount para geometras complejas se han desarrollado en los ltimos aos y estn disponibles comercialmente . Estos cdigos usan RANS (Reynolds promedi ecuaciones de Navier -Stokes ) modelos y resolver el flujo mediante el uso de mallas de la orden de la escala de longitud integral. Los usuarios industriales de estos cdigos de forma natural exigen que tambin son aplicables a los flujos con la combustin. Esto establece un marco para los modelos turbulentos de combustin que es bastante restrictiva y puede requerir compromisos.Awaytoimprovethepredictivecapabilityofthesemodels , inparticularwith respecto al campo de flujo , es emplear grandes simulaciones de Foucault ( LES ) para flujos con combustin . LES modelos emplean un nmero mayor de puntos de la cuadrcula para resolver la energa que contiene escalas dentro del subrango inercial . Se dir al final del captulo 1 que algunos modelos RANS , en particular, los modelos flamelet combinedwiththepresumedshapepdfapproach , caneasilybeextendedtoLES .Estoy en deuda con muchos amigos y colegas de la comunidad de combustin por compartir conmigo lo largo de los ltimos veinte aos, sus ideas estimulantes sobre la combustin turbulenta. Sus trabajos estn referenciados en este libro a lo mejor de mi conocimiento. El libro no podra tambin haber sido escrito sin el trabajo de tesis de muchos de mis estudiantes y colaboradores que han contribuido con creces a muchas de las secciones de los captulos 2 y 4 . Ese trabajo ha sido financiado generosamente por el Deutsche Forschungsgemeinschaft , que se agradece. Las primeras versiones del manuscrito han recibido la lectura crtica de Bill Ashurst , Bernd Binninger , Felipe de Goey , Johannes Janicka , Alain Kerstein , Rupert Klein, Moshe Matalon , Heinz Pitsch , MartinOberlack , LucVervisch , y muchos otros. Esto ha mejorado considerablemente el texto y tambin se agradece. Por ltimo, pero no menos importante, quiero agradecer a Beate Dieckhoff para su preparacin considerada y cuidadosa del manuscrito.1Combustin turbulenta : El estado de la tcnica1.1 Qu es especfica sobre la turbulencia con la combustin ?En los ltimos aos , nada parece haber inspirado a los investigadores en la comunidad de combustin tanto como los problemas no resueltos de la combustin turbulenta. Turbulencia en s est lejos de ser completamente entendido ; es probablemente el problema sin resolver ms importantes en la fsica clsica . Dado que el flujo es turbulento en casi todas las aplicaciones de la ingeniera, la urgente necesidad de resolver problemas de ingeniera ha dado lugar a soluciones preliminares, denominados modelos de turbulencia . Estos modelos utilizan derivaciones matemticas sistemticos basados en las ecuaciones de Navier - Stokes , hasta cierto punto , pero luego se introducen hiptesis de cierre que se basan en argumentos dimensionales y requieran la intervencin emprica. Esta naturaleza semiempricos de modelos de turbulencia los coloca en la categora de un arte ms que una ciencia.ForhighReynoldsnumberflowstheso - callededdycascadehypothesisforms la base para el cierre de modelos de turbulencia . Remolinos grandes se rompen en vrtices ms pequeos , que a su vez rompa en los an ms pequeos , hasta que los remolinos ms pequeos desaparecen debido a las fuerzas viscosas . Esto conduce a escala invariancia de la transferencia de energa en el subrango inercial de la turbulencia . Vamos a denotar esta invariancia gama como inercial en este libro. Es la hiptesis ms importante que el nmero de Reynolds grandes flujos turbulentos y se ha incorporado en todos los modelos de turbulencia clsicas, que por lo tanto cumplen con el requisito de nmero de Reynolds independencia en el gran lmite de nmero de Reynolds. Efectos viscosos son de importancia en la proximidad de paredes slidas slo , una regin de menor importancia para la combustin .El aparente xito de los modelos de turbulencia en la solucin de problemas de ingeniera ha fomentado enfoques similares para la combustin turbulenta , que , sin embargo , cuando se susciten problemas consequentlyledtotheformulationofturbulentcombustionmodels.Thisis .1La combustin requiere que el combustible y el oxidante se mezclan a nivel molecular . Cmo esto tiene lugar en la combustin turbulenta depende del proceso de mezcla turbulenta . La opinin general es que una vez que una gama de diferentes remolinos de tamao ha desarrollado , la tensin y cortante en la interfaz entre los remolinos mejorar la mezcla . Durante el proceso de eddy ruptura y la formacin de remolinos ms pequeos , la tensin y cizalla aumenta y por lo tanto ms pronunciada de los gradientes de concentracin en la interfase entre los reactivos , que a su vez mejora su interdifusin molecular. Mezclado molecular del combustible y el oxidante , como un requisito previo de la combustin , por lo tanto, tiene lugar en la interfase entre pequeos remolinos . Consideraciones similares se aplican , una vez que una llama ha desarrollado , para la conduccin de calor y la difusin de los radicales de la zona de reaccin en la interfase .Mientras que la imagen sigue las ideas convencionales sobre la mezcla turbulenta , no est tan claro cmo la combustin modifica estos procesos. Las reacciones qumicas consumen el combustible y el oxidante en la interfase y de esta manera sern ms pronunciada an ms sus gradientes . Hasta qu punto esto va a modificar el proceso de difusin interfacial todava necesita ser entendido .Esto podra llevar a la conclusin de que la interaccin entre la turbulencia y la combustin invalida leyes de escala clsicos conocidos de nonreacting flujos turbulentos , como el nmero de Reynolds de la independencia de los flujos de cizalla libres en el gran lmite de nmero de Reynolds. Para complicar an ms el cuadro , uno tiene que darse cuenta de que la combustin implica un gran nmero de reacciones qumicas elementales que se producen en diferentes escalas de tiempo . Si todas estas escalas podran interactuar con todas las escalas de tiempo en el rango de inercia, no hay leyes de escala simples se podan encontrar . Evidencia emprica importante , sin embargo , no confirma ese pesimismo : La diferencia entre el turbulento y la velocidad de combustin laminar , normalizado por la intensidad de la turbulencia , es independiente del nmero de Reynolds . Es Damko nmero hler independiente de turbulencia a gran escala , pero se vuelve proporcional a la raz cuadrada del nmero Damko hler la turbulencia a pequea escala ( vase la Seccin 2.10). La longitud de la llama de una llama de difusin turbulenta jet nonbuoyant , por ejemplo, es el nmero de Reynolds y Damko nmero hler independiente ( vase la Seccin 3.9). El ndice de emisin de NO de las llamas de difusin de hidrgeno - aire es independiente del nmero de Reynolds , pero proporcional a la raz cuadrada del nmero Damko hler ( vase la Seccin 3.14). La altura del despegue en el levantamiento de las llamas de difusin jet es independiente del dimetro de la boquilla y aumenta casi linealmente con la velocidad de salida del chorro ( vase la Seccin 4.6).1.1 Qu es especfica acerca de la turbulencia con la combustin ?Potencia ley Damko nmero hler escalado leyes puede ser la excepcin y no la regla , pero indican que hay circunstancias en las que estn involucrados slo unos escalas qumica y el tiempo turbulento. En lo que se refiere a nmero de Reynolds independencia , hay que sealar que el nmero de Reynolds en muchos experimentos de laboratorio no es lo suficientemente grande como para acercarse a la gran lmite de nmero de Reynolds . Un remanente Reynolds nmero dependencia del proceso de mezcla turbulenta entonces aparecer en los datos de la combustin. Adems de estas limitaciones experimentales ( que se convierten en ms grave debido al aumento de la viscosidad con la temperatura ) no es plausible que habra una dependencia de nmero de Reynolds introducido por la combustin , porque las reacciones qumicas introducen escalas de tiempo adicionales, pero no hay efectos viscosos . Incluso si las escalas de tiempo qumicas interactan con escalas de tiempo turbulentos en el subrango inercial de la turbulencia , estas interacciones no pueden introducir la viscosidad como un parmetro para ajustar la escala dimensional , debido a que ha desaparecido como un parmetro en ese rango . Esto no impide que las proporciones de las propiedades de transporte molecular , nmeros de Prandtl o de Lewis , por ejemplo, podran no aparecer en la ampliacin de las leyes en la combustin. Como hemos restringido el contenido de este libro a la combustin a baja velocidad, no aparecer el nmero de Mach en el anlisis.Queda, sin embargo , la cuestin de hasta qu punto podemos esperar una interaccin entre la qumica y las escalas turbulentas en el subrango inercial. Aqu, debemos darnos cuenta de que la combustin se diferencia de la mezcla isotrmica al reaccionar qumicamente flujos por dos caractersticas : liberacin de calor por la combustin induce un aumento de la temperatura, que a su vez acceleratescombustionchemistry.Becauseofthecompetitionbetweenchain ramificando y reacciones en cadena de romper este proceso es muy sensible a los cambios de temperatura .La liberacin de calor combinado con la qumica sensible a la temperatura conduce a fenmenos de combustin tpicos, como el encendido y la extincin. Esto se ilustra en la Figura 1.1 , donde la temperatura mxima en una cmara de combustin flujo homogneo se representar grficamente como una funcin de la Damko nmero hler , que aqu representa la relacin entre el tiempo de residencia a la hora qumica . Esto se llama la curva en forma de S en la literatura de combustin . La rama inferior de esta curva corresponde a un estado reaccionar lentamente de la cmara de combustin antes de la ignicin , donde los tiempos de residencia cortos prevenir un desbordamiento trmico . Si el tiempo de residencia se incrementa mediante la reduccin de la velocidad de flujo , por ejemplo , la Damko nmero hler aumenta hasta el punto que es alcanzado de encendido . Para valores mayores de fuga trmica DaIFigura 1.1 . La curva en forma de S que muestra la temperatura mxima en un reactor bien agitado como una funcin de la Damko nmero hler .conduce a una rpida transicin inestable a la rama superior prxima al equilibrio. Si uno comienza en esa rama y disminuye la Damko nmero hler , moviendo de este modo a la izquierda en la figura 1.1 , se llega al punto Q en donde se produce la extincin . Esto es equivalente a una rpida transicin a la rama inferior . La rama media entre el punto I y Q es inestable.En la gama de Damko nmeros hler entre DAQ y Dai , donde existen dos ramas estables, cualquier estado inicial con una temperatura en el rango entre el menor y la rama superior es impulsado rpidamente a cualquiera de ellos . Debido a la sensibilidad a la temperatura de las reacciones de combustin las dos ramas estables representan atractores fuertes . Por lo tanto , slo las regiones cercanas al equilibrio qumico o cerca del estado nonreacting se utilizan frecuentemente . En un estudio analtico de la estocstica Damko variaciones del nmero de hler Oberlack et al. ( 2000 ) han demostrado recientemente que la probabilidad de encontrar realizaciones aparte de estas dos soluciones de estado estacionario es de hecho muy pequea .Las reacciones qumicas que tienen lugar en las altas temperaturas en la rama superior de la Figura 1.1 son casi siempre rpido en comparacin con todas las escalas de tiempo de turbulencia y , con el apoyo de la difusin molecular , se concentran en las capas delgadas de una anchura que es generalmente ms pequeo que el de Kolmogorov escala. A excepcin de la densidad cambia estas capas no pueden ejercer una retroalimentacin sobre el flujo. Por lo tanto no pueden influir en el rea de escala inercial . Si estas capas se apagan como resultado de la prdida excesiva de calor , la temperatura disminuye de tal manera que la qumica se vuelve muy lento y mezcla tambin puede ser descrito por clsica escalado gama inercial .En ambas situaciones , las escalas de qumica rpida y lenta , hora y duracin de la combustin son separados de los de la turbulencia en el subrango inercial. Esta separacin escala es una caracterstica especfica de la mayora de las aplicaciones prcticas de la turbulentade combustin . Esto hace que el proceso de mezcla en el intervalo inercial independiente de la qumica y simplifica el modelado de manera significativa . Casi todos los modelos de combustin turbulenta asumen explcitamente o implcitamente separacin escala.Asageneralthemeofthischapter , modelos wewillinvestigatewhethertheturbulence que se debatirn se basan en el postulado de la separacin de escala entre las escalas de tiempo turbulentos y qumicas . Adems , se seal si un modelo de combustin no cumple el postulado de Reynolds nmero de independencia en el gran lmite de nmero de Reynolds.1.2 Descripcin Estadstica de Flujos TurbulentosEl objetivo de los mtodos estocsticos en la turbulencia es para describir la velocidad fluctuante y campos escalares en trminos de sus distribuciones estadsticas . Un punto de partida para esta descripcin es la funcin de distribucin de una sola variable , el componente de velocidad u , por ejemplo. La funcin de distribucin Fu ( U) de U est definido por la probabilidad p de encontrar un valor de U < U :Fu (U ) = P (U