Logowanie do System sprawozdań KDM

Modelowanie turbulentnych przepływów reaktywnych

Kierownik projektu: Michał Lewandowski

Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku

Gdańsk

Streszczenie projektu

Opis projektu: Przepływ turbulentny z reakcjami chemicznymi jest bardzo skomplikowany i jego poprawny opis wymaga uwzględnienia i zamodelowania wielu towarzyszących mu zjawisk fizycznych (ruch turbulentny, promieniowanie, dyfuzja, rozbudowane reakcje chemiczne). W ramach niniejszego projektu prowadzone będą obliczenia turbulentnych przepływów reaktywnych mające na celu analizę i rozwój modeli turbulencji oraz modeli interakcji turbulencja-chemia. Zostanie dokonany dobór i ocena odpowiednich mechanizmów chemicznych do wykorzystywanego paliwa oraz stosowanego modelu interakcji turbulencja-chemia. Badania porównawcze i walidacyjne przeprowadzane będą na eksperymentalnych płomieniach laboratoryjnych m. in. z bazy Turbulent Non-premixed Flames Workshop (Sanda D, Sandia/ETH-Zurich (płomień CHNb), Delft III), a także Delft Jet-Hot-Coflow burner. Płomienie te charakteryzują się różnymi reżimami spalania (typ dyfuzyjny oraz bezpłomieniowy MILD) zasilane są różnymi paliwami (metan, syngaz, gaz ziemny) oraz różnymi parametrami przepływowymi. Poprawna analiza pozwoli na klasyfikację modeli w zależności od warunków symulowanego przepływu. Uzyskane w ten sposób wyniki pozwolą na rozwój istniejących modeli oraz ich poprawną implementację w zastosowaniach przemysłowych. W ramach projektu prowadzone będą trzy główne wątki:



Modelowanie spalania gazów niskokalorycznych

Celem badań jest wykonanie analizy porównawczej modeli interakcji turbulencja-chemia w przepływach turbulentnych w strudze ze spalaniem syngazu. Analizowane będą modele spalania: z funkcją gęstości prawdopodobieństwa PDF, steady flamelet, Eddy Dissipation Concpet, Partially Stirred Reactor a także różne zredukowane mechanizmy chemiczne. Symulacje płomienia Sandia CHN b. Uzyskane wyniki pozwolą odpowiednio dobrać i opracować model numeryczny spalania syngazu w komorze przemysłowej.



Modelowanie spalania bezpłomieniowego

Prace nad modelem Eddy Dissipation Concept w warunkach MILD oraz niskich liczb Reynoldsa. Analiza proponowanych w literaturze modyfikacji i ich poprawności. Symulacje płomienia DJHC oraz Delft III.



Modelowanie turbulencji RANS vs LES

Symulacje porównawcze przepływu ze spalaniem w podejściu do turbulencji modelami uśredniania (RANS) oraz filtrowania (LES). Symulacje płomienia Sandia D.



Uzasadnienie: Obliczenia CFD turbulentnych przepływów reaktywnych należą do najbardziej czasochłonnych z uwagi na ilość rozwiązywanych równań. Poza równaniami ruchu należy rozwiązać równanie energii oraz równania transportu poszczególnych składników chemicznych. Tutaj ich ilość ściśle zależy od wybranego modelu interakcji turbulencja-chemia oraz wykorzystanego mechanizmu chemicznego. Najniższy czas obliczeniowy jest dla modelu z zakładaną funkcją gęstości prawdopodobieństwa (PDF), najwyższy dla modeli pozwalających dokładne uwzględnienie mechanizmu chemicznego jak np. Eddy Dissipation Concept czy metoda transportowanej PDF. W związku z tym zasoby komputerowe dużej mocy są niezbędne w tego typu obliczeniach.

Publikacje

  1. M.T. Lewandowski, J. Pozorski, Assessment of turbulence-chemistry interaction models in the computation of turbulent non- premixed flames, Journal of Physics: Conference Series 760, (2016) 012015
  2. M.T. Lewandowski, I.S. Ertesvag, The Impact of the fine structure reactor formulation in the Eddy Dissipation Concept for MILD combustion modelling, 11th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements 128, (2016) 1-6
  3. P. Płuszka, M.T. Lewandowski, Analiza numeryczna wrażliwości wyników na wlotowe warunki brzegowe w turbulentnych strugach reaktywnych, IMP PAN 346/2016, (2016) 1-35

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93