Выбор способа построения расчетной сетки при моделировании горения неподвижного слоя твердого топлива в Ansys fluent
Ключевые слова:
топка, горение, твердое топливо, неподвижный слой, сетка, ANSUS FluentАннотация
Рассмотрен выбор параметров модели и расчетной сетки для модели горения неподвижного слоя твердого топлива. Представлены модели, включенные в расчет и их основные параметры. Проведено сравнение получаемых результатов моделирования при использовании различных сеток. Адекватность моделирования горения проверялась сравнением усредненного состава газов и их температуры в выходном окне с значениями, полученным при расчете горения топлива; усредненного содержания SO2 и NO в выходном окне с результатами расчетов выбросов и анализом горения по длине линий тока. Установлено, что многозонная сетка, используемая для всех областей, обеспечивает более адекватные результаты, в отличие от комбинации тетраэдрной сетки для газовой части и декартовой сетки для поверхностей, но характеризуется более высоким, в три раза, временем расчета. Комбинации многозонной сетки для газовой части и тетраэдрной для поверхностей и комбинации тетраэдрной сетки для газовой части и декартовой сетки для поверхности обладали одинаковым качеством и сопоставимыми получаемыми результаты, а так же одним временем расчета, но первый вариант содержит элементов на 20% меньше и обеспечивает лучшие результаты горения по отдельным линиям тока. В результате для моделирования был выбран вариант многозонной сетки для газовой части и тетраэдрной для поверхностей как обеспечивающий адекватные результаты при меньшем времени расчета.
Библиографические ссылки
Библиографический список
1. Alfarawi S.S., El-Sawi A., Omar H. Exploring discontinuous meshing for cfd modelling of counter flow heat exchanger // Journal of Advanced Research in Numerical Heat Transfer. – 2021. – Vol. 5 – P. 26-34.
2. Charlesworth D.J. Solution of the incompressible Navier-Stokes equations on unstructured meshes. – London: University of London, 2024. –196 p.
3. Application of polyhedral meshing strategy in indoor environment simulation: Model accuracy and computing time/ H. Chen, X. Zhou, Z. Feng, S. Cao // Indoor and Built Environment. – 2022. – Vol. 31(3). – P. 719-731. DOI: 10.1177/1420326X211027620.
4. Theories and applications of CFD–DEM coupling approach for granular flow: A review/ M.A. El-Emam, L. Zhou, W. Shi et al. // Archives of Computational Methods in Engineering. – 2021. – Vol. 28. – P. 4979–5020. DOI: 10.1007/s11831-021-09568-9.
5. Massey B. S., Ward-Smith J. Mechanics of fluids / 8th ed. – London: Taylor & Francis. – 697 p.
6. Versteeg H.K., Malalasekera W. (1995). An Introduction to Computational Fluid Dynamics. The finite volume method / 2nd ed. – Harlow: Longman Scientific & Technical, 1995. – 257 p.
7. Donea J., Huerta A. Finite element methods for flow problems. – Chichester: John Wiley & Sons, 2003. – 350 p. DOI: 10.1002/0470013826.
8. Singh R.I., Brink A., Hupa, M. CFD modeling to study fluidized bed combustion and gasification //Applied thermal engineering. – 2013. – Vol. 52(2). – P. 585-614. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2012.12.017.
9. Roache P.J. Fundamentals of computational fluid dynamics(Book). – Socorro: Hermosa Publishers, 1998. – 648 p.
10. Shrivastava D. CFD Modelling of Underground Coal Gasification using ANSYS Fluent Simulator // International Journal of Scientific and Engineering Research. – 2021. – Vol. 12(7). – P. 505–519. DOI: 10.14299/ijser.2021.07.02.
11. Кузнецов В.А., Трубаев П.А. Возможности и проблемы математического моделирования теплотехнологических процессов // Энергетические системы. – 2017. – № 1. – С. 54-61. EDN: PDDPPD.
12. Fluid flow simulation of industrial fixed bed mixed-flow grain dryer using k-ω SST turbulence model/ A.R. Visconcini, C.M.G. Andrade, A.M. de Souza Costa // International Journal of Agricultural and Biological Engineering. – 2021. – Vol. 14(2). – P. 226-230. DOI: 10.25165/j.ijabe.20211402.5321.
13. Особенности сжигания отходов с получением энергии / П.А. Трубаев, И.И. Щекин, Н.В. Корнилова, Б.М. Гришко // Наукоемкие технологии и инновации. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2016. – С. 105-109. EDN: YNLUBP.
14. Ашраф А.А. Выбор модели горения неподвижного слоя твердого топлива в ANSYS FLUENT // Энергетические системы. – 2024. – № 2. – С. 19-34. DOI: 10.34031/es.2024.2.002.
15. Optimization of a tetrahedron compliant spherical joint via computer-aided engineering tools/ S.M. Kargar, A. Parmiggiani, M. Baggetta et al. // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 132(3). – P. 1151-1162. DOI: 10.1007/s00170-024-13314-3.
16. Comparison of meshing strategies in THR finite element modelling / A. Ruggiero, R. D’Amato, S. Affatato //Materials. 2019. – Vol. 12(14). – P. 2332. DOI: 10.3390/ma12142332.
17. An efficient Cartesian mesh generation strategy for complex geometries / X. Li, M. Yang, L. Bi et al. // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 2024. – Vol. 418. – P. 116-564. DOI: 10.1016/j.cma.2023.116564.
18. Корнилова Н.В., Трубаев П.А. Разработка методики теплотехнических расчетов по приведённым характеристикам RDF-топлив // Энергетические системы. – 2018. – № 1. – С. 214-223. EDN: CVELZB.
References
1. Alfarawi, S. S., El-Sawi, A., & Omar, H. (2021). Exploring discontinuous meshing for cfd modelling of counter flow heat exchanger. Journal of Advanced Research in Numerical Heat Transfer, 5, 26-34.
2. Charlesworth, D. J. (2004). Solution of the incompressible Navier-Stokes equations on unstructured meshes. University of London, University College London (United Kingdom).
3. Chen, H., Zhou, X., Feng, Z., & Cao, S. J. (2022). Application of polyhedral meshing strategy in indoor environment simulation: Model accuracy and computing time. Indoor and Built Environment, 31(3) , 719-731. https://doi.org/10.1177/1420326X211027620.
4. El-Emam, M. A., Zhou, L., Shi, W., Han, C., Bai, L., & Agarwal, R. (2021). Theories and applications of CFD–DEM coupling approach for granular flow: A review. Archives of Computational Methods in Engineering, 28, 4979–5020. https://doi.org/10.1007/s11831-021-09568-9.
5. Massey, B. S., & Ward-Smith, J. (2006). Mechanics of fluids (8th ed.). Taylor & Francis.
6. Versteeg, H. K., & Malalasekera, W. (1995). An Introduction to Computational Fluid Dynamics. The finite volume method (2nd ed.). Longman Scientific & Technical.
7. Donea, J., & Huerta, A. (2003). Finite element methods for flow problems. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/0470013826.
8. Singh, R. I., Brink, A., & Hupa, M. (2013). CFD modeling to study fluidized bed combustion and gasification. Applied thermal engineering, 52(2) , 585-614. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.12.017.
9. Roache, P. J. (1998). Fundamentals of computational fluid dynamics. Hermosa Publishers.
10. Shrivastava, D. (2021). CFD Modelling of Underground Coal Gasification using ANSYS Fluent Simulator. International Journal of Scientific and Engineering Research, 12(7) , 505–519. https://doi.org/10.14299/ijser.2021.07.02.
11. Kuznetsov, V. A. & Trubaev, P. A. Resources and problems of the mathematical simulating thermo-technological processes. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, 1066, 012024. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/1066/1/012024.
12. Visconcini, A. R., Andrade, C. M. G., & de Souza Costa, A. M. (2021). Fluid flow simulation of industrial fixed bed mixed-flow grain dryer using k-ω SST turbulence model. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 14(2) , 226-230. https://doi.org/10.25165/j.ijabe.20211402.5321.
13. Trubaev, P. A., Shchekin, I. I., Kornilova, N. V., & Grishko B. M. (2016). Osobennosti szhiganiia otkhodov s polucheniem energii [Peculiarities of waste incineration with energy recovery]. Naukoemkie tekhnologii i innovatsii (pp. 105-109). Izd-vo BGTU. [In Russian]
14. Ashraf A.(2024). Selection of a fixed bed solid fuel combustion model in ANSYS FLUENT // Energy Systems, 2, 19-34. https://doi.org/10.34031/es.2024.2.002.
15. Kargar, S. M., Parmiggiani, A., Baggetta, M., Ottonello, E., Hao, G., & Berselli, G. (2024). Optimization of a tetrahedron compliant spherical joint via computer-aided engineering tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 132(3) , 1151-1162. https://doi.org/10.1007/s00170-024-13314-3.
16. Ruggiero, A., D’Amato, R., & Affatato, S. (2019). Comparison of meshing strategies in THR finite element modelling. Materials, 12(14) , 2332. https://doi.org/10.3390/ma12142332.
17. Li, X., Yang, M., Bi, L., Xu, R., Luo, C., Yuan, S., Yuan, X., & Tang, Z. (2024). An efficient Cartesian mesh generation strategy for complex geometries. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 418, 116564. https://doi.org/10.1016/j.cma.2023.116564.
18. Kornilova, N. V., & Trubaev, P. A. (2019). Method development for the ther-motechnical calculations utilizing reduced characteristics of the RDF fuels. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng, 552, 012029. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/552/1/012029.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
URN
Лицензия
Copyright (c) 2024 Ашраф А.А.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
