Logowanie do System sprawozdań KDM

Symulacje numeryczne przejścia do spalania detonacyjnego w mieszaninach węglowodorowo-powietrznych

Kierownik projektu: Mateusz Żbikowski

Politechnika Warszawska

Wydział Mechaniczny, Energetyki i Lotnictwa

Warszawa

Streszczenie projektu

Wstęp

Zaistnienie detonacji jest najgorszym z możliwych scenariuszy spalania. Istnieje konieczność rozwijania modeli inżynierskich umożliwiających przewidzenie miejsc, w których może nastąpić przejście od spalania deflagracyjnego do detonacyjnego (DDT). Wiele aspektów bezpiecznego stosowania mieszanin węglowodorowych w przemyśle pozostaje nie rozwiązanych. Podczas uwolnienia paliwa gazowego z wysokociśnieniowego zbiornika powstaje niejednorodna mieszanina palna. Zapłon może doprowadzić do powstania płomienia, który przyśpieszając, może przejść do spalania detonacyjnego. Głównym celem projektu jest walidacja oraz testowanie modelu deflagracyjnego, detonacyjnego oraz przejścia do detonacji w mieszaninach węglowodorowo-powietrznych w dużej skali przemysłowej. Zostaną przeprowadzone badania numeryczne mające na celu zrozumienia procesów fizycznych zachodzących podczas interakcji fal uderzeniowych z płomieniem prowadzących do DDT.

Opis modelu matematycznego oraz kodu CFD

Do przeprowadzenia symulacji numerycznych zostanie wykorzystany program OpenFoam 2.1.1 [1] oraz biblioteka ddtFoam [2]. Szczegóły dotyczące modelu zostały dokładnie opisane w pracy Ettnera [2]. Silnik obliczeniowy oparto na równaniach Naviera-Stokesa, modelu LES (Large Eddy Simulation) oraz solwerze sprzężonym (density based). Strumienie konwekcyjne zdefiniowano za pomocą schematu HLLC z wielowymiarowymi metodami ograniczonych nachyleń. Właściwości termodynamiczne mieszanin zaczerpnięto z baz danych Chemkin. Do obliczeń molekularnych współczynników transportu wykorzystano korelacje Sutherlanda. Front reakcji w fali detonacyjnej określono za pomocą ułamka masowego świeżej mieszaniny. Przyjmował on wartość 1 zaraz za falą uderzeniową, natomiast 0 w momencie, gdy proces spalania został zakończony (warunek CJ). Równanie transportu zawiera dwa człony źródłowe opisujące spalanie deflagracyjne oraz detonacyjne. Człon odpowiedzialny za spalanie deflagracyjne oparto na modelu Wellera, uwzględniającym proces dławienia płomienia. Człon związany z detonacją uwzględnia natomiast efekty związane z procesami samozapłonu. Czas opóźnienia zapłonu jest funkcją ciśnienia, temperatury oraz składu mieszaniny. OpenFoam 2.1.1 jest napisany w języku C++. Biblioteka OpenMPI wykorzystywana jest do zrównoleglenia obliczeń. Wymagania systemowe do wykorzystania programu OpenFoam opisane są odnośniku [3].

Proponowane badania oraz symulacje numeryczne

Celem projektu jest przeprowadzenie symulacji numerycznych przejścia do detonacji w mieszaninach węglowodorowo-powietrznych (C1-C5) w różnych geometriach. Wyniki obliczeń będą zwalidowane wobec danych eksperymentalnych. Dodatkowo zostaną przeprowadzone badania wpływu wielkości komórek obliczeniowych na wyniki symulacji. Przeprowadzone obliczenia numeryczne umożliwią zebranie danych, na podstawie których zostaną opracowane modele optymalizacyjne oparte na algorytmach uczenia maszynowego.

Źródła

1. http://www.openfoam.com/

2. https://sourceforge.net/projects/ddtfoam/

3. http://www.openfoam.com/documentation/system-requirements.php

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