Analysis of iterative algorithms based on KTG for transport properties of multicomponent mixtures

Resumen

El propósito de este trabajo es la generación de un algoritmo eficiente y preciso para calcular los coeficientes de transporte en mezclas de gases. Esto es especialmente importante en simulaciones de combustión con un número elevado de componentes. Los principales parámetros de transporte son los coeficientes de difusión y la conductividad térmica. La difusión es el fenómeno de transporte responsable de la mezcla a nivel molecular, jugando un papel importante en combustión. Como es conocido, los flujos de difusión son proporcionales a los gradientes de concentración y gradientes de temperatura, con los coeficientes de difusión correspondientes a la ley de Fick D_ij ( i, j=1, … ,N ) y los coeficientes de difusión térmica D_Ti ( i=1, … ,N ). Por tanto, un cálculo preciso de D_ij y D_Ti es la llave para una correcta evaluación de los flujos de difusión en mezclas multicomponente. La conductividad térmica es el principal coeficiente de transporte usado en la ecuación de la energía de mezclas de gases. Una vez que todos los procesos físicos relevantes que tienen lugar en los procesos de combustión son simulados de forma precisa (en particular el transporte multicomponente y la cinética química), es posible realizar Simulaciones Numéricas Directas (DNS) de llamas laminares o turbulentas, las cuales pueden ser consideradas como experimentos numéricos. Summary The purpose of this work is to provide an efficient and accurate algorithm to calculate the transport coefficients in mixtures of gases. This is specially important in combustion simulations with large number of components. The main transport parameters are the diffusion coefficients and the thermal conductivity. Diffusion is the transport phenomenon responsible for mixing at the molecular level, playing an important role in combustion. As is well known, diffusion fluxes are proportional to species concentration and temperature gradients, with Fick's law multicomponent diffusion coefficients D_ij ( i,j=1, … ,N ) and thermal diffusion coefficients D_Ti ( i=1, … ,N ) being the corresponding respective transport coefficients. Hence, accurate calculation of D_ij and D_Ti is the key for a correct evaluation of diffusion fluxes in multicomponent mixtures. The thermal conductivity is the main transport coefficient used in the energy equation of mixtures of gases. Once all the relevant physical processes taking place in a typical combustion environment are accurately represented (in particular multicomponent transport and chemical kinetics), it is possible to perform Direct Numerical Simulations (DNS) of laminar or turbulent flames, which may be considered as numerical experiments.