Die Verbrennung in porösem Medium ist bekannt für ihre hohe thermische Effizienz, geringe Schadstoffemissionen und überlegene Flammenstabilität. Dennoch sind die auf Porebene ablaufenden Mechanismen der Kopplung von Konvektion und Strahlung sowie der Flammenmorphologie noch unzureichend verstanden. Diese Studie untersucht die vorgemischte Methan-Luft-Verbrennung innerhalb eines zufällig geschichteten Bettes aus Al 2 O 3-Kugeln mittels porenskaliger numerischer Simulationen. Es wird das k-ε-Turbulenzmodell in Kombination mit dem Eddy Dissipation Concept für die Verbrennungschemie und dem Discrete Ordinates-Modell für den Strahlungstransport verwendet. Eine systematische Unterdomänenskalierungsanalyse identifiziert die N = 3 Konfiguration, ein symmetrisches Segment, das auf das Dreifache des Partikeldurchmessers skaliert ist, als optimalen Kompromiss zwischen Prognosegenauigkeit und Rechenaufwand. Simulationen für drei Poren-Reynolds-Zahlen (250, 350, 450) beleuchten die Charakteristika der Kopplung von Konvektion und Strahlung in der Verbrennung poröser Medien. Ein erhöhter Re p verstärkt den konvektiven Transport und verschiebt die Flammenfront stromabwärts, während die Strahlung die Wärmeumlaufführung stromaufwärts verstärkt. Quantitativ verringert die Strahlung die mittlere Gastemperatur um bis zu 8,1 %, verstärkt jedoch den Spitzenwärmestrom bei Re p = 250 und 350 um etwa 90 % bzw. 59 %. Zudem zeigt die maximale Wärmefreisetzungsrate einen nicht-monotonen Verlauf, und der axiale Strahlungsfluss intensifiziert sich über den Brenner deutlich, mit Zunahmen von 45,8 % bzw. 11,2 % beim Anstieg von Re p von 250 auf 450. Die Ergebnisse bieten mechanistische Hinweise zur Wärmeumlaufführung und Flammenstabilität bei der Verbrennung in porösen Medien und sind relevant für industrielle Anwendungen poröser Brenner.
Xu et al. (Sun,) untersuchten diese Fragestellung.