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Automatische Reduktion chemischer Reaktionsmechanismen am Beispiel der Oxidation von höheren Kohlenwasserstoffen und deren Verwendung in reaktiven Strömungen

Schramm, Berthold Andreas

English Title: The automatical reduction of chemical reaction mechanisms and the use of reduced mechanism in reactive flows

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PDF, German
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Abstract

Detaillierte Reaktionsmechanismen, die auf Elementarreaktionen beruhen, umfassen für Verbrennungssysteme höherer Kohlenwasserstoffe oft mehr als 100 Spezies. Solche komplexen Reaktionssysteme können nicht zur Simulation von technischen Verbrennungssystemen verwendet werden, da der Rechenzeitbedarf für eine CFD-Rechnung zu hoch wäre. Eine Möglichkeit zur Reduktion chemischer Reaktionsmechanismen stellt die ILDM-Methode dar. Sie beruht auf einer mathematischen Analyse der lokalen Zeitskalen des chemischen Quellterms und der Annahme, dass das chemische System bereits auf eine niedrig-dimensionale Mannigfaltigkeit relaxiert ist. Die Bestimmung der niedrig-dimensionalen Mannigfaltigkeit ist rechenzeitaufwendig. Daher wird die Mannigfaltigkeit in Tabellen gespeichert, die allerdings sehr groß werden können (einige 100 MB). Es wurde eine effiziente Tabellierungsmethode entwickelt, die einen schnellen Zugriff auf die Daten erlaubt. Um die Tabellenerzeugung zu beschleunigen, wurde an Algorithmus entwickelt, der die Erstellung einer ILDM-Tabelle auf einem Parallelrechner ermöglicht. Die erstellten Tabellen wurden zur Simulation räumlich homogenen Reaktionssysteme und freier laminarer Vormischflammen verwendet.

Translation of abstract (English)

Detailed reaction mechanisms for the combustion of higher hydro carbons using elementary reactions contain often more than 100 species. Such complex reaction systems cannot be used to simulate technical combustion systems as the computational time for a CFD calculation is to high. One possibility to reduce such reaction mechanism is the ILDM method. In this method the local timescale of the chemical source term are investigated and the assumption is made, that the system is already relaxed on a low dimensional manifold. The calculation of the manifold is very computational time consuming. Therefore the manifold is stored in tables. These tables are often large (more than 100 MB). Thus a tabulation method was developed, which permits a fast access to the stored data. To fasten the generation of an ILDM table, the code was parallelized. The generated ILDM tables were used to simulate homogenous systems und free laminar premixed flames.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Warnatz, Prof. Dr. Jürgen
Date of thesis defense: 24. April 2003
Date Deposited: 03. Jun 2003 15:34
Date: 2002
Faculties / Institutes: Service facilities > Interdisciplinary Center for Scientific Computing
Subjects: 540 Chemistry and allied sciences
Controlled Keywords: Intrinsische niedrigdimensionale Mannigfaltigkeit, Flammenfront, Flammengeschwindigkeit, Flamme, Parallelisierung
Uncontrolled Keywords: ILDM , reaction mechanism , laminar flames
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