The development of computational models for the numerical simulation of chemically reacting flows operating in the turbulent regime requires the solution of partial differential equations that represent the balance of mass, linear momentum, chemical species, and energy. The chemical reactions of the model may involve detailed reaction mechanisms for the description of the physicochemical phenomena. One of the biggest challenges is the stiffness of the numerical simulation of these models and the nonlinear nature of species rate of reaction. This work presents a study of in situ adaptive tabulation (ISAT) technique, focusing on the accuracy, efficiency, and memory usage in the simulation of homogeneous stirred reactor models using simple and complex reaction mechanisms. The combustion of carbon monoxide with oxygen and methane with air mixtures are considered, using detailed reaction mechanisms with 4 and 53 species, 3 and 325 reactions, respectively. The results of these simulations indicate that the developed implementation of ISAT technique has a absolute global error smaller than 1 %. Moreover, ISAT technique provides gains, in terms of computational time, of up to 80% when compared with the direct integration of the full chemical kinetics. However, in terms of memory usage the present implementation of ISAT technique is found to be excessively demanding.


翻译:在动荡状态下运行的化学反应流量数字模拟计算模型的开发,需要解决代表质量、线性动力、化学物种和能量平衡的局部差异方程式。模型的化学反应可能涉及描述物理化学现象的详细反应机制。最大的挑战之一是这些模型数字模拟的僵硬性和物种反应率的非线性。这项工作对现场适应制表技术进行了一项研究,重点是利用简单复杂的反应机制模拟同质振动反应堆模型时的准确性、效率和记忆用量。考虑用氧气和甲烷与空气混合物燃烧一氧化碳,分别使用4种和53种的详细反应机制,3种和325种反应。这些模拟的结果显示,已开发的ISAT技术的全球性错误绝对小于1%。此外,ISAT技术在计算时间方面提供了收益高达80%的收益,而目前采用ISAT技术的记忆使用要求过高。

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