Выбор геометрической модели неподвижного слоя твердого топлива при моделировании горения в Ansys fluent
Ключевые слова:
водогрейный котел, колосниковая решетка, твердое топливо, MSW, RDF, ANSUS Fluent, движение газов, время прохожденияАннотация
Целью исследования является разработка основанной на CFD трехмерной модели численного моделирования сжигания твердых отходов. Рассматривается выбор наиболее адекватной расчетной области (границ), задающих различное соотношение топлива и воздуха по длине слоя для обеспечения распределения окислителя между отдельными линиями тока. Были оценены четыре варианта геометрии с различными размерами областей, задающие различное соотношение топлива и воздуха по длине слоя. Результаты расчета оценивалась по распределению потока в газовой области, изменению параметров вдоль линий тока, скорости, составу и температуре газов на выходе из расчетной области. Установлено, что адекватные результаты моделирования получаются при равномерно распределенных областях топлива и воздуха, изменение соотношений, как размеров блоков твердого топлива, так и соотношения расходов топлива и воздуха в различных частях слоя топлива приводило к значительному ухудшению адекватности результатов – появлению большого числа линий тока, в которых отсутствовал окислитель и горение заканчивалось намного позднее, чем в соседних линий тока.
Метрики
Библиографические ссылки
Библиографический список
1. Sarakikya H., Mashingo P., Kilonzo F. Design and computational fluid dynamics modeling for a municipal solid waste incineration process// Open Journal of Fluid Dynamics. – 2021. – Vol. 11(4). P. 177-191. DOI: 10.4236/ojfd.2021.114011.
2. Introduction to solid waste management/ H.A. Aziz, S.S. Abu Amr, P.A. Vesilind et al. // Solid Waste Engineering and Managemen. – 2021. – Vol. 1. – P. 1-84. DOI: 10.1007/978-3-030-84180-5_1.
3. А novel comprehensive CFD-based model for municipal solid waste incinerators based on the porous medium approach / Q.N. Hoang, J. Van Caneghem, T. Croymans et al. // Fuel. – 2022. – Vol. 326. – P. 124-963. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.124963.
4. 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.
5. Permana D.I., Rusirawan D., Farkas I. Feasibility study of municipal solid waste incinerator and flue gas treatments// AIP Conference Proceedings. – 2023. – Vol. 2772(1). – P. 030007. DOI: 10.1063/5.0115257.
6. Duffy N.T.M., Eaton, J.A. Investigation of factors affecting channelling in fixed-bed solid fuel combustion using CFD // Combustion and Flame. – 2013. – Vol. 160(10). – P. 2204–2220. DOI: 10.1016/j.combustflame.2013.04.015.
7. Bhuiyan A.A., Karim M.R., Naser J. Modeling of Solid and Bio-Fuel Combustion Technologies // Thermofluid Modeling for Energy Efficiency Applications. – Oxford: Academic Press, 2016. – P. 259–309. DOI: 10.1016/B978-0-12-802397-6.00016-6.
8. NOx emissions in direct injection diesel engines–part 1: Development of a phenomenological NOx model using experiments and three-dimensional computational fluid dynamics/ C. Brückner, S.S. Pandurangi, P. Kyrtatos et al. // International Journal of Engine Research. – 2018. – Vol. 19(3). – P. 308–328. DOI: 10.1177/1468087417704312.
9. Toxic potency-adjusted control of air pollution for solid fuel combustion/ D. Wu, H. Zheng, Q. Li et al. // Nature Energy. – 2022. – Vol. 7(2). – P. 194–202. DOI: 10.1038/s41560-021-00951-1.
10. Chaney J., Liu H., Li J. An overview of CFD modelling of small-scale fixed-bed biomass pellet boilers with preliminary results from a simplified approach // In Energy Conversion and Management. – 2012. – Vol. 63. – P. 149–156. DOI: 10.1016/j.enconman.2012.01.036.
11. Кузнецов В.А., Трубаев П.А. Возможности и проблемы математического моделирования теплотехнологических процессов // Энергетические системы. – 2017. – № 1. – С. 54-61. EDN: PDDPPD.
12. Lai A.C.H., Law A.W.-K. Numerical modeling of municipal waste bed incineration // International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow. – 2019. – Vol. 29(2). – P. 504–522. DOI: 10.1108/HFF-04-2018-0165.
13. CFD modelling of a RDF incineration plant/ M. Costa, N. Massarotti, A. Mauro, F. Arpino // Applied Ther¬mal Engineering. – 2016. – Vol. 101. – P. 710–719. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.01.073.
14. Modeling and optimization of an incinerator plant for the reduction of the environmental impact / M. Costa, V. Indrizzi, N. Massarotti, A. Mauro // International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow. – 2015. – Vol. 25(6). – P. 1463–1487. DOI: 10.1108/HFF-10-2014-0300.
15. CFD modeling of incinerator to increase PCBs removal from outlet gas / K. Yaghmaeian, N. Jaafarzadeh, R. Nabizadeh et al. // Journal of Environmental Health Science and Engineering. – 2015. – Vol. 13. – P. 1–6. DOI: 10.1186/s40201-015-0212-0.
16. Ашраф А.А. Выбор способа построения расчетной сетки при моделировании горения неподвижного слоя твердого топлива в ANSYS FLUENT. – 2024. – № 3. – С. 7-23. DOI: 10.34031/es.2024.3.001.
References
1. Sarakikya, H., Mashingo, P., & Kilonzo, F. (2021). Design and computational fluid dynamics modeling for a municipal solid waste incineration process. Open Journal of Fluid Dynamics, 11(4) , 177–191. https://doi.org/10.4236/ojfd.2021.114011.
2. Aziz, H. A., Abu Amr, S. S., Vesilind, P. A., Wang, L. K., & Hung, Y.-T. (2021). Introduction to solid waste management. Solid Waste Engineering and Management, 1, 1–84. https://doi.org/10.1007/978-3-030-84180-5_1.
3. Hoang, Q. N., Van Caneghem, J., Croymans, T., Pittoors, R., & Vanierschot, M. (2022). A novel comprehensive CFD-based model for municipal solid waste incinerators based on the porous medium approach. Fuel, 326, 124-963. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124963.
4. 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.
5. Permana, D. I., Rusirawan, D., & Farkas, I. (2023). Feasibility study of municipal solid waste incinerator and flue gas treatments. AIP Conference Proceedings, 2772(1) , 030007. https://doi.org/10.1063/5.0115257.
6. Duffy, N. T. M., & Eaton, J. A. (2013). Investigation of factors affecting channelling in fixed-bed solid fuel combustion using CFD. Combustion and Flame, 160(10) , 2204–2220. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.04.015.
7. Bhuiyan, A. A., Karim, M. R., & Naser, J. (2016). Modeling of Solid and Bio-Fuel Combustion Technologies. In Thermofluid Modeling for Energy Efficiency Applications (pp. 259–309). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802397-6.00016-6.
8. Brückner, C., Pandurangi, S. S., Kyrtatos, P., Bolla, M., Wright, Y. M., & Boulouchos, K. (2018). NOx emissions in direct injection diesel engines–part 1: Development of a phenomenological NOx model using experiments and three-dimensional computational fluid dynamics. International Journal of Engine Research, 19(3) , 308–328. https://doi.org/10.1177/1468087417704312.
9. Wu, D., Zheng, H., Li, Q., Jin, L., Lyu, R., Ding, X., Huo, Y., Zhao, B., Jiang, J., & Chen, J. (2022). Toxic potency-adjusted control of air pollution for solid fuel combustion. Nature Energy, 7(2) , 194–202. https://doi.org/10.1038/s41560-021-00951-1.
10. Chaney, J., Liu, H., & Li, J. (2012). An overview of CFD modelling of small-scale fixed-bed biomass pellet boilers with preliminary results from a simplified approach. Energy Conversion and Management, 63, 149–156. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2012.01.036.
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. Lai, A. C. H., & Law, A. W.-K. (2019). Numerical modeling of municipal waste bed incineration. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 29(2) , 504–522. https://doi.org/10.1108/HFF-04-2018-0165.
13. Costa, M., Massarotti, N., Mauro, A., & Arpino, F. (2016). CFD modelling of a RDF incineration plant. Applied Thermal Engineering, 101, 710–719. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.01.073.
14. Costa, M., Indrizzi, V., Massarotti, N., & Mauro, A. (2015). Modeling and optimization of an incinerator plant for the reduction of the environmental impact. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 25(6) , 1463–1487. https://doi.org/10.1108/HFF-10-2014-0300.
15. Yaghmaeian, K., Jaafarzadeh, N., Nabizadeh, R., Dastforoushan, G., & Jaafari, J. (2015). CFD modeling of incinerator to increase PCBs removal from outlet gas. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 13, 1–6. https://doi.org/10.1186/s40201-015-0212-0.
16. Ashraf A.(2024). Selecting the mesh for modelling the combustion of a stationary solid fuel bed in ANSYS FLUENT // Energy Systems, 3, 7-23. https://doi.org/10.34031/es.2024.3.001.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
URN
Лицензия
Copyright (c) 2024 A. Ashraf
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
