Modelo de Bray-Moss-Libby

Summary

En la combustión turbulenta premezclada, el modelo Bray-Moss-Libby (BML) es un modelo de cierre para un campo escalar, construido sobre la hipótesis de que la lámina de reacción es infinitamente delgada en comparación con las escalas turbulentas, de modo que el escalar puede encontrarse tanto en estado de gas quemado como de gas sin quemar. El modelo recibe su nombre de Kenneth Bray, J. B. Moss y Paul A. Libby.[1][2]

Descripción matemática

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Definamos una variable escalar adimensional o variable de progreso   tal que   en la mezcla sin quemar y   en el lado del gas quemado. Por ejemplo, si   es la temperatura del gas sin quemar y   es la temperatura del gas quemado, entonces la temperatura adimensional se puede definir como

 

La variable de progreso podría ser cualquier escalar, es decir, podríamos haber elegido la concentración de un reactivo como variable de progreso. Dado que la lámina de reacción es infinitamente delgada, en cualquier punto del campo de flujo podemos encontrar que el valor de   es uno o cero. La transición de cero a uno se produce instantáneamente en la lámina de reacción. Por lo tanto, la función de densidad de probabilidad para la variable de progreso viene dada por

 

donde   y   son la probabilidad de encontrar mezcla sin quemar y quemada, respectivamente, y   es la función delta de Dirac. Por definición, la condición de normalización conduce a

 

Se puede ver que la variable de progreso medio,

 

no es más que la probabilidad de encontrar gas quemado en la ubicación   y en el momento  . La función de densidad se describe completamente mediante la variable de progreso medio, ya que podemos escribir (suprimiendo las variables  )

 

Suponiendo una presión constante y un peso molecular constante, se puede demostrar que la ley de los gases ideales se reduce a

 

donde   es el parámetro de liberación de calor. Utilizando la relación anterior, la densidad media se puede calcular de la siguiente manera

 

El promedio de Favre de la variable de progreso viene dado por

 

Combinando las dos expresiones, encontramos

 

y, por lo tanto

 

La media de la densidad es

 

[3][4]

Función de densidad general

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Si no se supone que la lámina de reacción es delgada, existe la posibilidad de encontrar un valor para   entre cero y la unidad, aunque en realidad la lámina de reacción es mayoritariamente delgada en comparación con las escalas turbulentas. No obstante, la forma general de la función de densidad se puede escribir como

 

donde   es la probabilidad de encontrar la variable de progreso que está sufriendo la reacción (donde se efectúa la transición de cero a la unidad). Aquí tenemos

 

donde   es insignificante en la mayoría de las regiones.

Referencias

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  1. Bray, K. N. C., Libby, P. A. y Moss, J. B. (1985). Enfoque de modelización unificado para la combustión turbulenta premezclada — Parte I: Formulación general. Combustion and flame, 61(1), 87–102.
  2. Libby, P. A. (1985). Theory of normal premixed turbulent flames revisited. Progress in energy and combustion science, 11(1), 83–96.
  3. Peters, N. (2000). Turbulent combustion. Cambridge university press.
  4. Peters, N. (1992). Fifteen lectures on laminar and turbulent combustion. Ercoftac Summer School, 1428.