Шаг 1: Определение предварительной адиабатической системы в prePDF

1.

Определение типа модели prePDF.

Вы можете определить потоки только топлива или потоки топлива и вторичных течений. Расчёт вторичных течений позволяет проследить движение двух фракций смеси. Для сжигания угля это позволяет проследить за движением летучих веществ отдельно от частиц угля. В этой главе мы не будем применять эту возможность. Вместо этого мы смоделируем уголь как однофракционную смесь.

Setup $\rightarrow$ Case...

(a)

Под надписью Heat transfer options (Опции теплопередачи) оставьте опцию по умолчанию Adiabatic (Адиабатный).

Предварительный расчёт системы как адиабатной в prePDF позволяет подобрать подходящие параметры системы для получения неадиабатного решения и существенно сократить время расчёта. Расчёт системы как адиабатной даст информацию о максимальной (адиабатной) температуре пламени, о составе смеси и важности отдельных компонентов в химической системе. Начальный расчёт адиабатической системы должен проводится во всех PDF расчётах, что категорически необходимо для неадиабатной модели.

(b)

Под надписью Chemistry models (Химические модели) оставьте опцию по умолчанию Equilibrium Chemistry (Равновесная химия).

В большинстве моделей основанных на PDF рекомендуется опция Equilibrium Chemistry. Опция Stoichiometric Reaction (Стехиометрическая реакция) (mixed is burned смешан значит сгорел) требует меньше расчётов, но имеет значительно меньшую точность. Опция Laminar Flamelets позволяет включать аэродинамическую деформацию возбуждаемую неравновесными эффектами, такими как суперравновесная (сверхравновесная) концентрация радикалов (super-equilibrium radical concentration) и субравновесные температуры (sub-equilibrium temperatures). Это может быть важно для прогноза образования NOx, но излишне здесь.

(c)

Оставьте по умолчанию настройку моделей PDF models.

Рекомендуется всегда применять Beta PDF интегрирование (integration) поскольку оно значительно точнее чем Delta PDF.

(d)

Под надписью Empirically Defined Streams (Эмпирически определенные течения, потоки) включите опцию Fuel stream (Поток, течение топлива).

Эмпирический ввод позволяет определить состав содержанием атомов H, C, N, и O в течении топлива при низких значениях нагрева и теплоёмкость топлива. Это полезно когда известен элементарный анализ и степень нагрева угля.

(e)

Нажмите Apply и закройте панель.

2.

Определение химических компонентов в системе.

Здесь мы предположим, что равновесная система состоит из 13 компонентов: C, C(s), CH $_4$, CO, CO $_2$, H, H $_2$, H $_2$O, N, N $_2$, O, O $_2$, и OH.

C, H, O, и N включены поскольку течение топлива будет определено содержанием этих атомов используя метод эмпирического ввода.

!

Вам следует включить как C, так и C(S) iв систему при использовании эмпирического ввода.

Setup $\rightarrow$ Species $\rightarrow$ Define...

(a)

Установите Maximum # of Species (Максимальное число компонентов) 13.

(b)

Выберите первый компонент в списке Defined Species (Определённые компоненты) (изначально обозначенный UNDEFINED (НЕОПРЕДЕЛЁННЫЙ)).

(c)

В выпадающем списке Database Species (База данных компонентов) выберите C. Список Defined Species теперь показывает C в качестве первого компонента.

(d)

Выберите следующий компонент в списке Defined Species (или увеличьте значение Species # (Компонент #) до 2).

(e)

В выпадающем списке Database Species (База данных компонентов) выберите следующий компонент ( C(S)).

(f)

Повторите шаги (d) и (e) для остальных компонентов.

(g)

Нажмите Apply и закройте панель.

Замечание:

Для других систем вы можете добавить дополнительные элементы, но вам не следует добавлять  ...  химические компоненты как NOx (slow chemical species like NOx).

3.

Определение состава топлива

Топливо содержит 28 $\%$ летучих веществ (volatiles), 64 $\%$ кокса (полукокса (char)), и 8 $\%$ золы (ash). Вы используете эту информацию для определение решения в prePDF. Переведём состав к сухой обеззоленной массе (dry-ash-free basis):

Proximate Analysis	Wt %	Wt %
	(dry)	(DAF)
Volatiles	28	30.4
Char (C(s))	64	69.6
Ash	8	-

Состав сухой обеззоленной массы известен:

Element	Wt % (DAF)
C	89.3
H	5.0
O	3.4
N	1.5
S	0.8

Для упрощения модели включим содержание серы в содержание азота:

Element	Wt % (DAF)
C	89.3
H	5.0
O	3.4
N	2.3
S	-

Мы можем комбинировать элементарный и технический анализ для получения следующего элементарного состава летучих веществ:

Element	Wt %	Moles	Mole Fraction
C	89.3	7.44	0.581
H	5.0	5	0.390
O	3.4	0.21	0.016
N	2.3	0.16	0.013
Total		12.81

Вы можете использовать мольные доли (mole fractions) для определения состава топлива. prePDF будет использовать эту информацию вместе с низшей теплотой сгорания для определения компонентов содержащихся т топливе.

Низшая теплота сгорания (lower heat value) угля (DAF dry-ash-free - сухой обеззоленный) известна:

• LCV $_{{\rm coal, DAF}}$ = 35.3 МДж/кг

Удельная теплоёмкость и плотность угля составляют 1000 Дж/кг-K и 1 кг/м $^{3}$ соответственно.

4.

Введите состав топлива и окислителя.

Setup $\rightarrow$ Species $\rightarrow$ Composition...

(a)

Определение состава окислителя.

Окислитель (воздух (air)) содержит 21% O $_2$ и 79% N $_2$ по объёму.

i.

Под надписью Stream (Поток, течение) выберите Oxidiser (Окислитель).

ii.

Под надписью Specify Composition In (Задать состав в) выберите Mole Fractions (Мольные доли).

iii.

Выберите O2 в списке Defined Species и введите 0.21 в поле Species Fraction (Содержание компонента).

iv.

Выберите N2 в списке Defined Species и введите 0.79 в поле Species Fraction.

(b)

Определение состава течения топлива.

Замечание:

Так как включена опция эмпирический ввод для течения топлива вам следует ввести мольные доли для C, H, O, и N, значение теплоты сгорания и теплоёмкости угля.

i.

Под надписью Stream выберите Fuel.

ii.

Под надписью Specify Composition In (Задать состав в) оставьте Mole Fractions

iii.

Выберите C в списке Defined Species и введите 0.581 в поле Atom Fraction (Атомная доля).

iv.

Выберите H в списке Defined Species и введите 0.390 в поле Atom Fraction

v.

Выберите N в списке Defined Species и введите 0.016 в поле Atom Fraction.

vi.

Выберите O в списке Defined Species и введите 0.013 в поле Atom Fraction.

vii.

Введите 3.53e+07 J/kg (Дж/кг) для Lower Caloric Value (Низшая теплотворная способность) и 1000 J/kg-K (Дж/кг-K) для Specific Heat (Удельная теплоёмкость).

viii.

Нажмите Apply и закройте панель.

5.

Определение плотности твёрдого углерода.

Setup $\rightarrow$ Species $\rightarrow$ Density...

(a)

Выберите C(S) в списке Defined Species (Определённые компоненты).

(b)

Установите Density (Плотность) равной 1300.

(c)

Нажмите Apply и закройте панель.

Замечание:

prePDF будет использовать эту информацию для определения плотности топлива. Вам необходимо ввести плотность твёрдого кокса. Это значение отличается от значения плотности угля задаваемого в FLUENT, которое соответствует углю содержащему золу.

6.

Определим рабочие условия системы.

Температура потока топлива при сжигании угля должна соответствовать температуре начала выхода летучих веществ. Температура окислителя должна соответствовать температуре поступающего воздуха. Температура выхода летучих в этой главе будет установлена 400 К, температура входящего воздуха 1500 К. Давление в системе одна атмосфера.

Setup $\rightarrow$ Operating Conditions...

(a)

Введите 400 K и 1500 K в качестве начальных температур (inlet temperatures) для Fuel (Топливо) и Oxidiser (Окислитель)

(b)

Нажмите Apply и закройте панель.

Назад: Подготовка для prePDF
Вверх: Использование модели горения без предварительного смешивания
Вперёд: Шаг 2: Расчёт и просмотр справочных таблиц адиабатической системы prePDF