CFD Modellierung von Verbrennung und Strahlungswärmeübergang in stationären Flammen



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Überblick CFD Platform Nicht-vorgemischte Verbrennung Laminar Flamelet Model Flamelet Profile PDF Tabelle Ergebnisse Sandia Pilot Jet Flame D Strahlung Discrete Transfer Radiation Method (DTRM) Weighted Sum of Grey Gases Model (WSGGM) Verifizierung IJmuiden Forschungsbrenner Simulation

FIRE / SWIFT Computational Fluid Dynamics Programm Strömungslöser Reynolds averaged Navier-Stokes Gleichungen Turbulenzmodellierung - k-ε,, k-ζ-f, k HTM, RSM, LES Kompressibel / inkompressibel Diskretisierungschemata höherer Ordnung MPI Parallelisierung Unstrukturierte Gitter Modellierung reaktiver Mehrphasensysteme Euler/Lagrange und Euler/Euler Mehrphasenmodellierung Allgemeiner Speziestransport / Thermochemie und Property DB Homogene Gasphasenreaktionen (CHEMKIN Inputdaten Interface) Heterogene Oberflächenreaktionen Modelle für vorgemischte und nicht-vorgemischte Verbrennung DTRM Strahlungsmodell...

Spezies / Temperatur 2 Yi χ Y ρ ρ & ω = τ 2 Z i 0 2 i Flamelet - Gleichungen c c Y ρ ρ ρ ρ + ω = 2 Nspec Nspec T χ T χ T p χ pi i T 1 qr 2 hi i τ 2 Z 2cp Z Z i 1 2 cp Z Z c & = p i= 1 cp 0 Anbindung an CFD Code - Presumed Beta-PDF { ( ) } 1 2 erfc Z { ρd 2 ( ) } 1t erfc Z st exp 2 2 Z% ρv% χ = χ( Z ) = kz % χ Z% + st = exp 2 2 ( ρ ) ( ) t x x x ( ) ( ) 2 2 ρz ρvk Z k k k scalar dissipation rate % 2 Z Z% Z% + = ρdt + 2ρDt ρχ% t xk x k x k xk xk

Flamelet Temperatur

Flamelet CH 4 Massenbruch

Flamelet CO Massenbruch

Flamelet H 2 O Massenbruch

Flamelet PDF Tabelle Temperatur

Flamelet Sandia Pilot Jet D http://www.ca.sandia.gov/tnf/dataarch/flamed.html

Flamelet Sandia Pilot Jet D Mischungsbruch Temperatur O 2 Massenbruch OH Massenbruch

Flamelet Sandia Pilot Jet D Mischungsbruch Einfluss Turbulenzmodell Temperatur

DTRM Theorie Änderung der Strahlungsintensität entlang des Einzelstrahls i 4 σ Tg 1 = i (1 ε ) + ε π,, n+ n Strahlungsintensität an einem Oberflächenelement i, 4 qout qin σtw = = (1 εw) + εw π 14243π 14243 π reflected part directly emitted part Änderung der Strahlungsintensität in einem Kontrollvolumen S = ( i i ) A cosθ Ω S,, j, i n+ 1 n j j, i j, i = S j, tot j, i i

DTRM WSGGM Gesamtemissivität der Gas/Russ Mischung auf Basis des WSGGM I + 1 ( ap i + BTc) s ( T, xi) =, i( T)(1 e ) i= 1 ε α ε I = 3 Anzahl number beteiligter of grey Gase gases; B = 0.672 Wichtungsfaktoren J α ε, i( ) = ε, i, j j= 1 T b T j 1 Absorptionskoeffizient ln(1 ε ( T, x i )) a = s

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Zusammenfassung FIRE/SWIFT CFD Platform Offene Schnittstellen zum einfachen Modelleinbau Laminar Flamelet Modell Gute Übereinstimmung von Messung und Rechnung für Sandia Pilot Jet Flame D DTRM Verifizierung an idealisierten Testbeispielen zeigt gute Übereinstimmung von Rechnung und Messung Erfolgreiche Validierung an Forschungsbrenner Ausblick Methodikentwicklung / Validierung für reale Applikationen

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