close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Особенности моделирования процессов вихревого горения газа в программе Fluent на примере циклонно-вихревого предтопка..pdf

код для вставкиСкачать
182
ЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
УДК 620.9:662.92; 658.264
С.В. Головатый, К.А. Штым, А.В. Лесных
ГОЛОВАТЫЙ Сергей Викторович – аспирант кафедры теплоэнергетики и теплотехники Инженерной
школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: sergey.golovatyy@gmail.com,
ШТЫМ Константин Анатольевич – кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики и теплотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), ЛЕСНЫХ Андрей Викторович – аспирант кафедры теплоэнергетики и теплотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).
© Головатый С.В., Штым К.А., Лесных А.В., 2012
Особенности моделирования процессов
вихревого горения газа в программе Fluent
на примере циклонно-вихревого предтопка
На примере расчета циклонно-вихревого предтопка представлены особенности построения сетки конечных элементов с учетом качества и уплотнения сетки в местах больших градиентов. Описаны параметры
моделирования турбулентности и процессов вихревого горения газа, учитывая особенности данной модели.
Ключевые слова: гидродинамика, вихревое горение, Fluent, неструктурированная сетка, предтопок.
Special features of modeling of vortical gas burning processes in program Fluent illustrated by example
of cyclone and vortical furnace extension. Sergey V. Golovatiy, Konstantin A. Shtym, Andrew V. Lesnykh –
School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
The example of calculations for cyclone and vortical furnace extension presents the specific features to build
the mesh of finite elements taking into account quality and compaction of the mesh in places of big gradients.
The description is given of parameters of turbulence modeling and processes of vortical gas burning taking into
consideration specific features of the model.
Key words: fluid dynamics, vortical burning, Fluent, unstructured mesh, furnace extension.
Моделирование процессов вихревого горения газа производится на основе твердотельной модели циклонно-вихревого предтопка котла БКЗ 120 и данных для граничных условий расчета, снятых при испытаниях предтопка.
Предтопок состоит из короба-разделителя, служащего для раздачи воздуха: 25% – осевой ввод (через
аксиальный завихритель), 71–72% – через тангенциальный ввод в камеру сгорания и 3–4% – на охлаждение
примыкания к топке котлоагрегата. Аксиальный ввод организуется подачей воздуха с помощью двойной
улитки через четыре одинаковых окна, в дальнейшем закрученный поток воздуха проходит через завихритель, состоящий из непрофильных лопаток, расположенных под углом 45º. Выходящий турболизированный
поток проходит через струи газа, выходящие из газового коллектора перпендикулярно оси камеры [3].
Программа Fluent предназначена для моделирования течения жидкостей и газов для промышленных задач с учетом турбулентности, теплообмена и химических реакций.
Моделирование в Fluent производится с использованием тетраэдерной сетки, сгенерированной на основе
твердотельной модели, выбор данного вида сетки обусловлен сложностью геометрии модели. Для моделирования в данной программе необходимо соблюсти критерии качества сетки и плотность в местах больших
градиентов [2], которые можно определить на основе тестовых расчетов. Для соблюдения качества сетки используется критерий «Aspect ratio», представляющий собой отношение максимального и минимального расстояния между отрезками, соединяющими центры масс соседних элементов. Значение данного параметра
должно превышать 0,3. Большие градиенты скоростей и турбулентности, требующие уплотнения сетки, возникают на выходе тангенциального и торцевого ввода газа, а также в области завихрителя (см. рисунок).
Для моделирования турбулентности потока газа используется RNG k-ε модель [1]. Ее выбор обусловлен
тем, что она рекомендуется для расчета вихрей (учитывает степень скрученности потока), показывая хорошую устойчивость в процессе расчета.
Для моделирования горения применяется модель «Species Transport», позволяющая моделировать смешивание и транспортировку химических веществ путем решения уравнений сохранения, учитывающих
ЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
183
Тетраэдерная сетка на основе твердотельной модели циклонно-вихревого предтопка.
1 – тангенциальный ввод газа, 2 – торцевой ввод газа, 3 – завихритель
процессы конвекции, диффузии и химических реакций по каждому компоненту. Объемное горение метана с предустановленными параметрами химических реакций можно выбрать из списка. Для определения
скорости реакции выбрана Eddy-Dissipation Model (общая скорость реакции контролируется турбулентным
перемешиванием).
Параметры граничных условий задаются на основе выбранных моделей. Для потока воздуха и газа задаются расход, температура, химический состав и турбулентность.
После задания всех параметров модели следует расчет, это самый долгий и сложный этап моделирования. Самое большое воздействие на скорость и качество расчета оказывает сетка, ее качество и распределение плотности элементов.
Для ускорения расчета модели во время инициализации вводятся начальные значения компонентов вектора скорости в объеме и параметров турбулентности [2], они выбираются на основе тестовых расчетов.
Поскольку запуск расчета всех моделей сразу сильно уменьшает устойчивость и увеличивает время на
расчет, ввод моделей проходил в три этапа. На первом этапе считалась турбулентность до момента полностью сформировавшегося вихря. На втором – подключался расчет теплообмена до выравнивания температуры в предтопке [2]. Подключение теплообмена на втором этапе необходимо для того, чтобы повысить устойчивость при расчете турбулентности. На третьем этапе подключался расчет горения, поскольку он считается
одновременно с другими моделями, на итерацию уходит наибольшее количество времени, поэтому это самый продолжительный этап расчета. На этом этапе для ускорения расчета увеличиваются подрелаксационные факторы. Если расчет начинает расходиться по данным на основе графиков невязок, которые строятся
в процессе расчета на основе каждой итерации, необходимо уменьшить подрелаксационные факторы либо
остановить расчет и увеличить плотность сетки в местах больших градиентов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2001. 108 с.
2. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости / под ред. В.Д. Виленского; пер. с
англ. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
3. Штым А.Н. Аэродинамика циклонно-вихревых камер. Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1985. 199 с.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
13
Размер файла
691 Кб
Теги
особенности, fluent, предтопка, процессов, моделирование, программа, горение, вихревого, pdf, циклонной, газа, пример
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа