Шаг 8: NOx Prediction

Включение модели NOx.

Define $\rightarrow$ Models $\rightarrow$ Pollutants $\rightarrow$ NOx...

$\begin{figure}\psfig{file=figures/magnus-pan-pollut.ps} \end{figure}$

(a)

Под надписью Models (Модели) включите Thermal NO (Температурный NO) и Prompt NO.

(b)

Выберите Temperature (Температура) в списке PDF Mode (Метод PDF (возможно probability distribution function - функция распределения вероятностей) ) под Turbulence Interaction (Турбулентное Взаимодействие) для установления турбулентно-химического взаимодействия.

Если не установит турбулентное взаимодействие расчёт выделения NOx будет производиться без учёта важного влияния турбулентных пульсаций на осреднённую по времени степень реакции.

(c)

Выберите Partial-equilibrium (частичное-равновесие) в списке [O] Model под надписью Thermal NO Parameters.

Модель частичного равновесия (partial-equilibrium model) используется для прогнозирования остаточного содержания O, необходимое для расчёте термического образования NOx.

(d)

Установите Equivalence Ratio (Степень равенства) равной 0.76 под надписью Prompt NO Parameters (... NO Параметры) и оставьте по умолчанию Fuel Species (Компоненты топлива) и Fuel Carbon Number (Углеродное число топлива).

Степень равенства (equivalence ratio) определяет соотношение топлива и воздуха (Относительно стехеометрическим условиям) и используется для расчёта ... образования NOx (prompt NOx formation). Fuel Carbon Number - число атомов углерода в молекуле топлива и Fuel Species также используются для расчёта ... образования NOx (prompt NOx formation)

(e)

Нажмите OK чтобы принять изменения

Включение расчёта только NO и установление Under-Relaxation Factor (Подрелаксационного фактора) для этого уравнения.

Solve $\rightarrow$ Controls $\rightarrow$ Solution...

$\begin{figure}\psfig{file=figures/magnus-pan-equations.ps} \end{figure}$

(a)

В списке Equations (Уравнения) снимите все кроме NO.

(b)

Увеличьте подрелаксационный фактор (under-relaxation factor) для NO до 1.0.

Расчёт выделения NOx производится в режиме обработки данных, то есть при постоянном распределении температуры и состава смеси. Поэтому рассчитывается только уравнение NO. Это допустимо вследствие низких концентраций NO и незначительного влияния на решение модели горения углеводорода.

Снижение критерия сходимости для уравнения NO.

Solve $\rightarrow$ Monitors $\rightarrow$ Residual...

$\begin{figure}\psfig{file=figures/magnus-pan-noresid.ps} \end{figure}$

(a)

Установите Convergence Criterion (Критерий сходимости) равным 1e-6 и нажмите OK.

Потребуйте ещё 50 итераций.

Solve $\rightarrow$ Iterate...

Решение будет сходится приблизительно после 10 итераций.

Сохраните новые файлы настроек и данных ( gascomb3.cas и gascomb3.dat).

Просмотр распределения массовой доли NO (Рис. 12.12).

Display $\rightarrow$ Contours...

(a)

Выберите NOx... и Mass fraction of NO в списке Contours Of (Распределение).

(b)

Снимите опцию Filled (Заливка) под надписью Options (Опции) и нажмите Display (Отображение).

Максимальная концентрация NO наблюдается в области высоких температур, где имеется азот и кислород.

**Рис. 12.12:** Распределения массовой доли NO: Prompt и Thermal (Термический) NOx
$\begin{figure} \psfig{file=figures/magnus-fig-nocont1.ps,height=3.0in,angle=-90,silent=} \end{figure}$

Расчёт осреднённого содержания NO на выходе.

Report $\rightarrow$ Surface Integrals...

$\begin{figure}\psfig{file=figures/magnus-pan-concentration1.ps} \end{figure}$

(a)

Выберите Mass-Weighted Average (Осреднённый по массе) в списке Report Type (Тип отчёта) и NOx... и Mass fraction of NO (Массовая доля NO) в списке Field Variable (Переменные поля).

(b)

Выберите pressure-outlet-9 в качестве поверхности интегрирования.

(c)

Нажмите Compute (Расчёт).

Осреднённая по массе доля NO на выходе составляет 0.00469.

Отключение ... механизма образования NOx (prompt NOx mechanism) и расчёт образования только термического (температурного) образования NOx.

Define $\rightarrow$ Models $\rightarrow$ Pollutants $\rightarrow$ NOx...

(a)

Отключите Prompt NO под надписью Models (Модель) и нажмите OK.

(b)

Потребуйте 50 итераций.

Solve $\rightarrow$ Iterate...

Решение будет сходится приблизительно после 10 итераций.

(c)

Просмотр решения для термического (температурного) образования NOx

Display $\rightarrow$ Contours...

Проверьте, что NOx... и Mass fraction of NO выбраны в списке Contours Of (Распределение).

ii.

Нажмите Display (Отображение).

Концентрация NO незначительно меньше, чем в случае использования ... NOx механизма (prompt NOx mechanism).

**Рис. 12.13:** Распределения массовой доли NO: Thermal (Термический, Температурный) NOx
$\begin{figure} \psfig{file=figures/magnus-fig-nocont2.ps,height=3.0in,angle=-90,silent=} \end{figure}$

(d)

Расчёт осреднённого содержания NO на выходе проводится аналогично описанному выше.

Report $\rightarrow$ Surface Integrals...

Осреднённая по массе доля NO на выходе, рассчитанная только с учётом термического образования NOx составляет 0.00457.

Решение только для ... выделения NOx (prompt NOx production).

Define $\rightarrow$ Models $\rightarrow$ Pollutants $\rightarrow$ NOx...

(a)

Отключите Thermal NO и включите Prompt NO под надписью Models (Модель) и нажмите OK.

(b)

Потребуйте 50 итераций.

Solve $\rightarrow$ Iterate...

Решение будет сходится приблизительно после 10 итераций.

(c)

Просмотр решения для ... (prompt) образования NOx (Рис. 12.14).

Display $\rightarrow$ Contours...

... (prompt) образование NOx наиболее значительно в области богатого топливом пламени (fuel-rich flames). Поскольку пламя бедное ... (prompt) образование NO низкое.

**Рис. 12.14:** Распределения массовой доли NO: Prompt NOx
$\begin{figure} \psfig{file=figures/magnus-fig-nocont3.ps,height=3.0in,angle=-90,silent=} \end{figure}$

(d)

Расчёт осреднённого содержания NO на выходе проводится аналогично описанному выше.

Report $\rightarrow$ Surface Integrals...

Осреднённая по массе доля NO на выходе в случае только prompt образования NOx составляет 0.000071.

Замечание:

Расчёт по отдельным механизмам образования NO в сумме не даёт значения полученного при комбинированном расчёте. Причина этому в включении обратимых реакций, NO полученный в результате одной реакции может распадаться в результате другой.

10.

Использование дополнительных (определяемых) функций для расчёта содержания NO в ppm parts per million (частей на милион).

Define $\rightarrow$ Custom Field Functions...

Содержание NO в ppm расчитывается по следующему уравнению:

$\begin{displaymath} {\rm NO \; ppm} = \frac{ {\rm NO \; mole \; fraction} \times 10^6} {1 - {\rm H_2O \; mole \; fraction}} \end{displaymath}$ (12.4)

где

$\begin{displaymath} {\rm NO \; mole \; fraction} = \frac{ {\rm NO \; mass \; fraction} \times {\rm mixture \; MW} } {30} \end{displaymath}$

(12.5)

и молекулярный вес смеси (mixture molecular weight)

$\begin{displaymath} {\rm mixture \; MW } = \frac{1} { {\displaystyle \sum_i} {\frac{ {\rm mass \; fraction}}{{\rm MW}}}} \end{displaymath}$

(12.6)

где MW молекулярный вес каждого компонента.

(a)

Создание дополнительной функции для молекулярного веса смеси

$\begin{figure}\psfig{file=figures/magnus-pan-fieldfn1.ps} \end{figure}$

Нажмите на кнопку калькулятора 1, потом на /, и на (.

ii.

Выберите Species... (Компоненты) и Mass fraction of ch4 (Массовая доля ch4) в списке Field Functions (Переменные поля). Нажмите Select для добавления переменной в поле Definition (Определение).

iii.

Нажмите / и затем введите 16 (молекулярный вес метана).

iv.

Повторите это для каждого компонента. Поле Definition (Определение) должно содержать функцию показанную на рисунке выше.

Введите bulk-mw в поле New Function Name (Имя новой функции).

vi.

Нажмите Define (Определить) для добавления функции в список переменных.

(b)

Создание функции для содержания NO в ppm.

$\begin{figure}\psfig{file=figures/magnus-pan-fieldfn2.ps} \end{figure}$

Выберите NOx... и Mass fraction of NO в списке Field Functions (Переменные поля). Нажмите Select для добавления переменной в поле Definition (Определение).

ii.

Нажмите $\times$ .

iii.

Выберите Custom Field Functions... (Дополнительные функции поля) и bulk-mw в списке Field Functions (Переменные поля) drop-down list. Нажмите Выберите to add this variable to the field function Definition.

iv.

Нажмите / и после введите 30 (молекулярный вес метана NO).

Нажмите $\times$ после введите 10.

vi.

Нажмите кнопку y ^ x и после 6.

vii.

Закончите определение функции как показано выше

viii.

Введите no-ppm в поле New Function Name (Имя новой функции).

ix.

Нажмите Define (Определить) для добавления функции в список переменных.

11.

Отображение распределения NO в ppm (Рис. 12.15).

Display $\rightarrow$ Contours...

(a)

Выберите Custom Field Functions... (Дополнительные функции поля...) и no-ppm в списке Contours Of (Распределение).

(b)

Нажмите Display (Отображение).

**Рис. 12.15:** Распределение NO в ppm: Prompt образование NOx
$\begin{figure} \psfig{file=figures/magnus-fig-no-ppm.ps,height=3.0in,angle=-90,silent=} \end{figure}$