Eine dreidimensionale CP-DNS einer reagierenden Wolke aus monodispersen Eisenpartikeln in einer turbulenten Scherschicht wurde durchgeführt [1].
Links: 3D Rechengebiet mit Contour der axialen Gasgeschwindigkeit und Eisenpartikeln mit der Färbung ihres Oxidationsfortschritts (schwarz: nicht oxidiert, weiss: vollständig oxidiert). Rechts: Zeitliche Entwicklung der Gastemperatur und Eisenpartikel (oben), Sauerstoffmassenbruch in der Gasphase (Mitte) und Wirbelstärke der Strömung (unten) in der x-y-Ebene bei Lz/2.
Der obere Strom der Scherschicht ist mit kalten Eisenpartikeln mit einem uniformen Durchmesser von 10 Mikrometern in Luft initialisiert, während der untere Strom aus heisser Luft besteht, die in die Gegenrichtung strömt. Mit fortschreitender Simulationszeit bildet sich eine turbulente Scherschicht aus und Partikel aus dem oberen Strom werden mit dem unteren Strom vermischt. Diese Partikel interagieren mit dem unteren Strom, erhitzen sich und beginnen ihren Oxidationsvorgang. Sobald sie eine kritische Temperatur erreichen, beginnen sie zu zünden und verbrennen, wie am lokalen Sauerstoffverbrauch und an der Zunahme der Gastemperatur zu erkennen ist.
Die Anzahl der Kontrollvolumina der CP-DNS ist ca. 85 Millionen, ca. 5 Millionen Partikel werden verwendet und die Rechenzeit der Simulation entspricht ca. 165.225 CPU-Stunden. Die Studie zeigt, dass der wesentliche Unterschied zwischen nicht-volatilen Eisenstaubflammen und volatilenhaltigen Feststoffflammen (z.B. Kohle/Biomasse) die verbleibenden (Oxid-)Partikel am Ende der Simulation und ein stärker limitierender Effekt des lokalen Sauerstoffgehalts auf den Gesamtumsatz in Eisenstaubflammen ist [1].