14. DVV Kolloquium Kleinindustrielle Feuerungsanlagen: Aktueller Stand und Zukünftige Herausforderungen CFD Modellierung von Verbrennung und Strahlungswärmeübergang in stationären Flammen R. Tatschl,, P. Priesching,, A. Raulot M. Baburic,, N. Duic
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
DTRM Verifikation (Zylinder) Wärmestrom über Wandabstand (dimensionslos) für unterschiedliche optische Dichten (18 Strahlen)
DTRM Brenner Simulation
DTRM Brenner Simulation Brenner
DTRM Brenner Simulation
DTRM Brenner Simulation Brennstoff Zusammensetzung Kohlenstoff 0.869 Wasserstoff 0.118 Schwefel 0.010 Heizwert 41072.5 kj/kg Einlass Sekundärluft 1849 kg/h Primärluft (Drall) 434 kg/h Temperatur Sekundärluft 47 C Temperatur Primärluft 26 C Brennstoff Massenstrom 155 kg/h Brennstoff Temperatur 116 C
DTRM Brenner Simulation Geschwindigkeit Temperatur
DTRM Brenner Simulation
DTRM Brenner Simulation Temperaturfeld ohne Strahlungsmodell
DTRM Brenner Simulation Temperaturfeld
DTRM Brenner Simulation
DTRM Brenner Simulation
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
14. DVV Kolloquium Kleinindustrielle Feuerungsanlagen: Aktueller Stand und Zukünftige Herausforderungen CFD Modellierung von Verbrennung und Strahlungswärmeübergang in stationären Flammen R. Tatschl,, P. Priesching,, A. Raulot M. Baburic,, N. Duic