NGC 1992-01 Inventering av programvara för beräkning av

Inventering av programvara
för beräkning av
temperaturfördelning i
ugnar/brännkammare
Ola Hall
Sydkraft Konsult
Nordisk Gasteknisk Center
Nordie Gas Technology Centre
Inventering av programvara
för beräkning av
temperaturfördelning i
ugnar/brännkammare
Ola Hall
Sydkraft Konsult
Januar1992
1
Innehållsförteckning
o
Sammanfattning
1
1.1
1.2
1.3
Inledning
Bakgrund
Syfte
Metodik
2
Programjämförelse
Användarvänlighet
Beräkningskapacitet
2.1
2.2
3.1
3.2
Kostnader
Priser
Utbildning
4
slutsatser
3
Bilaga l "Numerisk simulering leder till optimalt
förbränningsförlopp 11 ur ABB-Tidning 6/91
"
"
"
2 Broschyrmaterial
3 Exempel på gjorda beräkningar
4 Resultat från simulering av kanalbrännare
2
Inventering av programvara för beräkning av
temperaturfördelning i ugnar/brännkammare
o
Sammanfattning
På uppdrag av Nordisk Gasteknisk Center och sydkraft
Konsult AB har program för beräkning av temperaturfördelning och värmeöverföring i ugnar och brännkammare undersökts.
Två program har testats, Fluent och Phoenics. Förutom nämnda beräkningar kan programmen lösa allmänna
strömnings-, värmetekniska- och kemiska beräkningsproblem. Som exempel kan nämnas:
Spridningsmodeller för emissioner till luft och
vatten
- skiktning i
behållare
- NOx generering (endast i begränsad omfattning)
De två undersökta programmen bedörns likvärdiga både
vad gäller prestanda och användarvänlighet.
För att datorprogrammen skall kunna utgöra ett
effektivt hjälpmedel krävs hög datorkapacitet och
omfattande utbildning.
3
1
Inledning
Denna studie är utfört på uppdrag av Nordisk
Gasteknisk Center (NGC) samt sydkraft Konsult AB.
1.1
Bakgrund
Att kunna beräkna temperaturfördelningen i ugnarjbrännkammare är av stor betydelse vid ny- eller
omkonstruktion samt vid konvertering från ett
bränsle till ett annat.
Temperaturfördelningen bör kunna beräknas:
- för olika typer av ugnar/brännkammare
- vid olika placering av brännare
- vid olika effekter
- för olika bränslen
Med kännedom om detta kan val av utrustning optimeras
m h t verkningsgrad, emissioner och produktkvalite,
(se vidare bilaga 1).
1.2
Syfte
Syftet med denna studie är att undersöka vilka
program som finns tillgängliga för nämnda ändamål.
1.3
Metodik
Två program, Fluent och Phoenics, har provkörts.
Arbetet har bedrivits i samarbete mellan enheterna
Användning, Thomas Norrsen och utveckling, Ola Hall
och Charlotte Rehn vid Gasteknik, sydkraft Konsult
AB.
4
2
Programjämförelse
Vid en inventering av tillgängliga program har fyra
befunnits kunna lösa de tänkta beräkningsuppgifterna.
- Phoenics
- Fluent
- Flow 3D
- Kameleon
Kameleon och Flow 3D har inte vidare undersökts.
Programmen är generella för att lösa differentialekvationer. Vid strömningsproblem är det framförallt
Navier stakes ekvationer som ska lösas. Ett rutnät
appliceras över de områden som ska beräknas. Med
kännedom om randvillkor löses ekvationen med en
iterativ process. Programmens huvudsakliga använd-
ningsområden är att lösa strömnings- och värmeöverföringstekniska problem. Förutom dessa problem kan
kemiska förlopp studeras. Exempel på problem som kan
lösas är:
- Beräkning av strömningsförhållanden och temperaturfördelning i ugnar/brännkammare
Spridningsmodeller för emissioner till luft och
vatten
- skiktning i
behållare
- NOx generering (endast i begränsad omfattning,
utveckling pågår).
Exempel på problem som kan lösas finns även i bilagda
broschyrer {bilaga 2) samt exempel på gjorda beräkningar av användare (bilaga 3).
Programmet Fluent provades på en Sun Sparc 2 arbetsstation. Resultat från simulering av en kanalbrännare
finns redovisade i bilaga 4. Phoenics provades på en
IBM-kompatibel 25 Mhz maskin med 386 processor och
matematikprocessor. Båda programmen härstammar från
den Britiska kärnkraftsindustrin och använder samma
beräkningsalgoritm.
2.1
Användarvänlighet
Båda programmen är menystyrda. Efter inlärning kan
inmatning ske direkt via programspråk utan menystyrning. I Phoenics kan egna differentialekvationer
läggas in i standardutföranden. I Fluent kan tillgång
fås till källkod vilket möjliggör inläggning av egna
ekvationer. Näten kan i båda programmen kontrolleras
successivt under inmatningen. Det som kräver mest av
operatören är problemdefinition och uppställning av
beräkningsnätet. Någon skillnad i användarvänlighet
har inte funnits. Det är istället en fråga om tycke
och smak vilket program som föredras.
5
2.2
Beräkningskapacitet
Beräkningstid och beräkningskapacitet vid användandet
av fluida simuleringsprogram är avhängigt av flera
parametrar som till exempel
- antalet beräkningsceller
- konvergenskriteriet
- plattformar
Antalet beräkningsceller och konvergenskriteriet
En problemställning i simuleringsprogrammet framställs genom att konstruera en modell i en volym
uppdelad i ett stort antal beräkningsceller. Ju
finare uppdelning man använder desto bättre beräknar
programmet resultatet. För att kunna beräkna ett
stort 2- eller 3-dimensionellt problem krävs uppskattningsvis 200.000 - 250.000 celler. Beräkningstiden ökar med antalet celler.
Vid lösning av ett simulerat problem används ett
iterationsförfarande. Värdet i omgivande celler ger
randvillkor för beräkning av värdet i en specifik
cell. Om beräkningen konvergerar kommer skillnaden
i värdet mellan olika beräkningar, dvs felet, att
minska. För varje cell löses flera parametrar,
hastighet, temperatur etc. Konvergenskriteriet sätts
genom att ange ett maximalt värde för summan av
felens absolutbelopp för de ingående parametrarna.
Ska beräkningen utföras med större noggrannhet krävs
således fler iterationer vilket ökar beräkningstiden.
Plattformar
En förutsättning för att kunna simulera strömningsförlopp, värmeöverföring, kemiska reaktioner osv är
tillgång till hög beräkningskapacitet. Man kan enkelt
säga att ju kraftfullare dator som används desto
större och mer komplexa problem kan hanteras med
realistiska beräkningstider. Den dator som används
måste ha en snabb processor, stort internminne och
snabb hård disk.
Fluida simuleringsprogram bör ej köras på mindre än
en maskin med 386 processor, utrustad med min 8Mb
internminne samt en stor och snabb hårddisk. Kapaciteten hos denna kan ökas genom att installera en s k
transputer vilken utnyttjar parallella processorer.
Detta ställer emellertid krav på att programvaran
klarar detta, (endast Phoenics).
6
I de beräkningar vi utfört i Fluent används en Sun
Sparc 2, en av de kraftfullaste arbetsstationerna på
marknaden. Vi beräknade en enkel kanalbrännare i en
avgaskanal med ekvationer för förbränning och turbulent strömning. Brännaren modellerades i ett cirkulärt nät med 2.600 celler. Trots den enkla problemställningen och det ringa antalet celler erhölls en
konvergeringstid på ca 8 timmar.
7
3
Kostnader
3.1
Priser
Programmen kan antingen hyras eller köpas. Priserna
framgår av nedanstående tabell, (kSEK).
Fluent 4
PC
Hyra j år
Inköp
Källkod
105
267
Sun Sparc l
Sun Sparc 2
124
324
134
+134
Phoenics
Hyrafår
Inköp
90
81
204
124
311
I priserna ingår en veckas utbildning i England samt
obegränsad telefonsupport om programvara och inlägg-
ning av program under ett år.
3.2
Utbildningsbehov
Problemlösning innefattar identifiering, modellbyggnad och anpassning till programmet samt rimlighetsbedömning av resultatet. För att klara dessa delar
krävs både utbildning i själva programmet och
erfarenhet av problemlösning. Operatören bör vidare
ha en god teoretisk bakgrund. En stor del av utbildningsbehovet uppstår vid lösning av svårare problem.
Följande utbildningsstrategi rekommenderas:
a) En veckas grundutbildning
b) Löpande kontakter med andra användare samt deltagande i seminarier. Omfattning ca två veckor/år.
c) Löpande konsultation med leverantör ochfeller
erfaren användare i samband med lösning av
svårare problem.
För att upprätthålla kompetens krävs regelbunden
användning av programmet.
8
4
Sintsats
De undersökta programmen utgör kraftfulla verktyg för
problemlösning av strömningstekniska, termodynamiska
och kemiska problem.
Programmen Fluent och Phoenics är likvärdiga både vad
gäller prestanda och användarvänlighet.
Programmen kräver hög datorkapacitet och en gedigen
utbildning samt regelbunden användning för att utgöra
ett effektiv hjälpmedel.
Pannor
arbeta med
Högre verkningsgrad och mindre utsläpp från
förbränningsanläggningar
Numerisk simulering
leder
optimalt
förbränningsförlopp
Den numeriska simuleringen har blivit ett viktigt verktyg vid konstruktionen av stora
förbränningsanläggningar. Modelleringstekniken gör det möjligt att optimera betingelserna för
att få låga emissionsvärden, goda blandningsförhållanden och lämplig hastighetsprolil. Med
hjälp av två exempel på numerisk simulering - en sodapanna och en biobränsleeldad
ångpanna - ska vi belysa den stora användbarheten hos denna metod.
D
e allt kraftfullare datorerna och utvecklingen av program
för strömningsberäkning (CFD- Computational Fluid Dynamics) gör del möjligt att simulera de komplexa strömningsförloppen som blir aktuella i stora förbränningsanläggningar. Vid ABB Gombustian Engineering utgör CFD
en integrerad del av konstruktionsarbetet.
CFD är en metod att beräkna sådana strömningsförlopp som beskrivs av Navier-Siokes ekvationer. Dessa
diHerentialekvationer integreras i linjär form med hjälp av
en turbulensansats. Vid icke-isoterm strömning eller
strömning med kemiska reaktioner måste dessutom halter, entalpifördelning och värmeutbyte genom strålning
beräknas. Grundekvationen kan lösas antingen med finita
element eller med finita diHerenser. l dessa fallbeskrivningar har beräkningsprogrammet ,fluent" från »Creare»
använts- del rör sig här om en finit diHerens-metod.
För att möjliggöra numerisk simulering delas slrömningsfället in i el! flertal mindre beräkningsceller. Det
krävs mellan 100000 och 250000 celler för alt undvika
falska lösningar som beror av antalet celler. Simuleringen
av en isoterm lullström omfallar beräkning av tryck, tre
hastighetskomposanter och två turbulensparametrar.l det
icke-isoterrna fallet måste dessutom ekvationerna för entalpi och värmeulbyte genom strålning lösas. Om kemiska
reaktioner kommer in i bilden måste också ett antal kemiska egenskaper beaklas. Även förekomst av en annan
las, t ex flytande bränsle, kan modelleras.
Navier-Siokes ekvationer (icke linjära dil1erentialekvationer) kan lösas matemaliskl endast i några få mycket
begränsade specialfall. CFD innebär att de komplicerade
ekvationerna linjärapproximeras och därefter beräknas
numeriskt i en iterationsprocess (datorn prövar s1g steg-
vis fram till lösningen). l regel krävs 1000-2000 iterationer.
Vid numerisk simulering av stora brännkammare ställs
höga krav på datorns kapacitet. För isoterm turbulent tredimensionell strömning (6 variabler) måste vid 1000 iterationer inte mindre än 1,5 miljarder storheter bestämmas.
De datorer som idag står till förfogande klarar av en sådan
uppgift på mellan 80 och 120 CPU-timmar.
ABB Gombustian Engineering Systems utnyttjar
CFD som ett möjligt verktyg för optimering av lörbränningsförtopp. Förenklat uttryckt innebär optimal förbränning maximal värmeutveckling inom en given volym vid
samtidig minimal emission av miljöskadliga ämnen. Vissa
inskränkningar tillkommer, i form av tillgängligt bränsle,
säkerhetsföreskrifter, krav på förbränningsstabilitet och
krav på tillgänglighet hos anläggningen. För avgaspannor
måste man dessutom ta hänsyn till att den låga temperaturen på de värmeöverlörande ytorna innebär risk för påbyggnad av slagg när mineraloxider från askan stelnar.
Den största fördelen med optimerad förbränning är
att utrymmesbehovet minskar för en given producerad
värmeeHekt. För nya anläggningar innebär detta en minskad investeringskostnad, och i befintliga anläggningar en
motsvarande kapacitetshöjning. Genom att lärlänga
bränslets uppehållstid i brännkammaren och öka omblandningen kan storleken minskas. l de följande fallstudierna kommer uppehållstid och omblandning all studeras. Med hjälp av konstant vinkelhastighet (utan virvlar)
hos förbränningsgasen kan bränslets uppehållslid ökas.
Med en målmedveten anpassning av bränslefördelningen
till lulttiltförseln och genom att hindra stråkbildning uppnås samtidigt en ef!ektivare blandning.
CFO utnyttjas i ökande utsträckning för att komma
Sodapanna med ångdom l en
anläggning för återvinning ev
kemikaller
D
fram Ull optimala förbränningsförhållanden. Det aktuella
strömningsfältet kan presenteras på ett åskådligt sätt.
Även om modellförsöksekniken nu som Jidigare har stor
betydelse i projekteringsstadiet lider de experimentella
metoderna av vissa begränsningar. Dessa inskränkningar
gäller t ex den isoterrna strömningen, det begränsade antalet mätnivåer och den komplicerade utvärderingen. De
mätresultat som kommer fram genom modellförsök är
ändå ytterst värdefulla för att verifiera de numeriska metoderna och sådana försök kommer därför att vara vanliga
även i framtiden.
CFD är ett effektivt verktyg för att tidigt kunna välja en
av flera alternativa lösningar, för alt idenfillera behovet av
kompletterande information och för att fastställa inverkan
på strömningsegenskaperna av konstruktions- och driftparametrar, som t ex brännkammarens geometri och gasernas egenskaper.
l denna artikel behandlar vi två tillämpningar som
medfört konkreta konstruk!ionslörändringar. l det ena fallet rör det sig om en sodapanna och i det andra om en
vedeldad ånggenerator.
Tillämpnlngslal/1:
Sekundärluftkonceptet hos en sodapanna
Den undersökta sodapannan är hittills ensam i sill slag
eftersom dess huvuduppgift är att återanvända kokluten
(NaOH och Na2S) som uppstår vid cellu!osatillverkning.
De potentiellt värdefulla substanserna, tillsammans med
träav!all. finns i svartluten som indunstar till 65-75% och
sedan förbränns i sodapannan. Den frigjorda värmen används för att generera processånga och/e11er elenergi.
l sodapannan avdunstar och förbränns svartlutsdropparna och bildar en förkolnat:! bottenbeläggning. Genom en optimal förbränningsstyrning kan de organiska
komponenterna förbrännas futlständigt medan den oorganiska återstoden omvandlas till en smälta. Förbrän-
Vedeldad llmggenerator med
dubbla •näsor•, typ VU-40
ningsoptimeringen bidrar till att mindre bränsle förs ut
med rökgaserna och den fullständigt styrda lufttillförseln
gör attemissionen av skadliga ämnen kan minimeras.
l den avancerade sodapannan tillförs förbränningsluften på tre olika nivåer, varav två ligger under den nivå
där bränslet tillförs. Den understa nivån - primärluftnivån ligger några decimeter ovanför pannans botten och bidrar
till förbränningen av dettjärarlade bottenmaterialet Denna
nivå är av underordnad betydelse för strömningsfältet eftersom inblåsningshastigheten är relativt låg. På grund av
andra inskränkningar i processen har förändringar här
liten inverkan på processophmeringen.
sekundärluften är mycket viktigare för de totala förbränningsegenskaperna. Den tillförs högre upp i pannan,
mellan den första nivån och öppningarna för bränsletitlförse!n. Tertiärluftens uppgift, slutligen, är alt eliminera reslbränsle som på denna höga nivå fortfarande finns kvar i
rökgasen. Tertiärluften utjämnar de skillnader i hastighet
som uppstått längre ner i pannan och som annars skulle
ha en menlig inverkan på förbränningsoptimeringen.
sodapannans konstruktion ledde till beslutet att ändra tillförseln av sekundärluft för att få jämn hastighetsprofil med effektiv omblandning på den nivå där bränslet
ti!lförs. Då blåser så lite bränsle som möjligt med rökgasen ut ur brännkammaren - förbränningsverkningsgraden
ökar (d v s pannan blir effektivare) och beläggningen på
de värmeöverförande ytorna minskar.
Genom modellförsök och datorsimulering undersöktes bland annat hur olika slags sekundärlufttillförsel inverkar på hastighetsfördelningen och btandningsgraden.
ABB Gombustian Engineering Systems byggde upp en
försöksmodell vid Kreisinger Developement Laboratory i
Windsar (Connecticut, USA). Figur A visar modellen under
kal!ufllörsök. På testnivåerna 2 och 3 har placerats en rad
strömningsindikatorer för alt göra strömningsprofilen synlig. Gashastigheten i vertikalled mälles för 10 olika sekun-
2o
••
r- r-
STD
t
1o
r-
r-
1--
t-
r ..
•
•
.
r-
r-
;::::
l
.
.
o
2
3
c.4
5
6
7
8
9
10
-n
Standardawikelse
n Försök nr
Blandningsgrad mallan sekundär· och prlmärlutt.
Primärluften her för ändemålet märkts med spårgasen metan .
.
'
9.
6.
a
b
4 respektive 5 slitsar riktade mot varandra med en viss inbördes
förskjutning mellan grupperna
Slitsarna placerade milt emot varandra, med omväxlande större och
mindre öppning
De arrangemang ev sekundärlufttillflöde som gett de bäste
resuttaten
Försöksmodell för undersökning av olika
sekundärluftalternativ
(Inverkan på hastighetslördelning och omblandning)
'
c
-n
STD
Standardawike!se
n
Försök nr
Hastighetstördelning hos sekundärlurten vid 10 olika
försök
Modellering av sodapenna med hjälp av numertsk simulering.
Förutom öppningarna för primärlull och bränsle visas även de
sekundära och tertiära luftstrålarna.
.....,.
.
t.
·' •
. .,,
.. ~,·:"'(;~.:.·.
·' ... •·,.·;<,~·\;·:\.;':·:.~·
Kol- och oljeeldad kraftverksgenerator
för ånga
därluttarrangemang. l ligur 5 visas den relativa standardawikelsen för samtliga uppmätta hastighetsfördelningar.
Figur 6 visar blandningsgraden mellan sekundär- och primärluft vid de 10 olika arrangemangen. För att möjliggöra
denna mätning märktes primärluften med metan. De båda
varianter som illustreras av figur 7 gav de bästa resultaten.
Vissa av de experimentellt undersökta arrangemangen fungerade bättre än de övriga. men orsaken till detta
var inte utan vidare uppenbar. En numerisk simulering för
att beräkna det detaljerade strömningsförloppet bidrog till
klarhet på den punkten. Figur 8 visar modelleringen av
sodapannan, med öppnmgar för primärluft och bränsle
liksom för de sekundära och tertiära luftstrålarna. Simuleringen tog dessutom hänsyn till den gasström som kommer från tjärbädden i pannans botlen. Rökgasen från tjärbädden står för ca 20% av det totala massallödet. Eftersom strömningen betraktades som isoterm måste.1 enlig·
het med likformlghetslagarna, relevanta ersättningsv<ir-
den bestämmas för massa och impuls. Detta krävde i sin
tur en anpassning av inloppen (ökad tvärsnittsareal och
av hastigheten. Likformighetsvillkoren kunde uppfyllas såväl vid mode!lförsöken som vid den numeriska simuleringen. Att bestämma de olika numeriska randvillkoren
krävde en betydligt större insats.
Resultaten av den numeriska simuleringen visar tydligt inverkan av de allernerande breda och smala öppningarna som ger olika inträngningsdjup för lultstrålarna.
Med en mindre justering av dysorna på sekundärluftnivån
kunde strålarnas utbredning förstärkas ytterligare. Figur
10a visar en vektorframställning av strömningsfältet Efter
förändringen ger dysorna upphov 1"111 fyra motriktade
virvlar som främjar blandningen i sina randområden.
Virvlarna försvinner snabbt, som framgår av figur 10b. De
ligger på samma höjd i brännkammaren som den undre
mätnivån i försöksmodellen.
Så som tidigare nämnts måste vertikala rökgashas-
••
Den huvudsakliga fOrdelen med optimerad törbr8.nning ligger
i det minskade utrymmesbehovet för ett givet värmeuttag.
f nya anläggningar innebär detta minskade investeringskostnader
och i befintliga ökad kapacitet.
...
. -- ........ .. .
::: ::~ ;~;:.__·..:~:~~~ ~:: :: ::::... ...
············----~---···············
-~ ~-----'''
'
. . . . . : : : ... :
'
. : : : :''': : :...: ::::::::::h.~
i:! :; ; ; ; ; : ..
.. .. ....
.. .. .'''"
-------~~.,,f,,.,., .. ' ..
,,,,,.
..
_______________
., ..
. .......""" ,.,___
' " ' .. -,-~-~-~~~~-~"~l Il .. "".
" .. ..
.........
. ." ''''
..........
_
--------------·
.. . .
.....
.-.-.--.-.....------------.-.........
, . ' ' ' ' l ''"/o'.-'/r'-.---·•·•. •. • . . •' • • • •. •, •'
l
~
--------
f~~~ EHn\~0~:T~r:~~~L~~~~~L~----·······
~ ~ ~ ~! ~:-
i ii il
..........
,,,,,,,,,.....
.. ---------''.'
'·······------~----··
a
Motriktade virvlar som förbättrar blandningen
i randområdena
Vektorrepresentation av strömnlngslältet
l ett horisontalt snitt
llil
a
På sekundärluftnivån
Fördelning hos gasens vertikalhastighet
m
b
Ovanför sekundärluftnivån
,tt:t;~~~~f~~~}~~i;';~;::-:~r.~~··r:_~-;:; :~·
-~
g, ~ \~,:~.· .. ~;•~·\'-;~ ~>i ',-__ !.: ·,-:.- ABB Gombustian Engineer/ng Systems använder datorsimulering
E g'.
ij -~
e,g:a
•>•
~
~
!
r··:· . -'.
.
-.::
- -.·:
'·
för att optimera förbränningsförfopp. Generellt uttryckt innebår
optimal förbränning maximal värmeutveckling i en given volym,
f kombination med minsta möjliga emissioner av skadliga ämnen.
-~---:
.
·.._,_-
··-d
.................... . ' . '
' ... """"'"""
.. ...
....... ..
.. .. ' ...
.. ................... ..
.........
a Genomlöpande virvel på% av bredden
b Förbät!rad gasblandning genom »näsan»
på vänstra sidan av brännkammaren
Resultat av numertsk simulering: Inverkan av arrangemanget med
omväxlande breda och smala slitear åskådliggöra av do vertikala
snitten l figurerna a och b.
tighetan hållas så låg att borttransporten av partiklar från
brännkammarens undre del hålls på en kontrollerad nivå.
Färgplottningen i figur 11 a åskådliggör fördelningen av
vertikalhastigheten på sekundärluftnivån. Det nya konceptet ger inte de överhastighetszoner i brännkammaren som
är vanligt förekommande i standardutförandet, utan ger en
jämnare fördelning av hastigheten. En övervägande del av
ytan är markerad med grön färg, vilken representerar medelvärdet för hastigheten på denna nivå. På den höjd som
i försöksmodellen ligger ovanför sekundärluftnivån närmar sig gasstrålarna varandra och bildar en W-formad
st'lgande rökgasström Även om hastigheterna är högre i
denna zon kunde förhållandet mellan medelhastighel och
maxhastighet sänkas till t :4 å 1:5, att jämföras med 1:6 i
konventionella konstruktioner. Redan förbättringar av
denna storleksordning är verksamma lär aH minska
mängden partiklar som följer med rökgasen. Den entydigt
förbättrade genomträngningsförmågan hos luftstrålarna
på grund av de parvis alternerande dystvärsnitten ger
dessutom bättre strömningsstabilitet än alternativet med
förskjutna dysor. Till detta kommer fördelen av en intensivare blandning, vilken är en följd av de motriktade
virvlarna. Det beskrivna konceptet kommer fortsättningsvis att erbjudas för såväl nya sodapannor som i samband
med uppgradering av befintliga anläggningar.
Tillämpningsfall 2: Vedeldad änggenerator
Ett annat brännkammarkoncept som analyserats med
hjälp av numerisk simutering är en änggenerator av typ
VU-40. Anläggningar av denna typ utnyttjas inom trä- och
pappersindustrin för att utnyttja värmeinnehållet i bark och
träavfalL Biomassan breds ut på en rost ovanför brännkammarens botten. En del av förbränningen sker i gasfasen ovanför rosten, men till stOrsta delen sker den på
själva rosten.
Vid optimering av förbränningsprocessen måste man
Kurvor som beskriver banorna för de 1-2 mm stora träpartlklarna,
l ett vertikalt snitt genom en brännkammare med dubble nnäsorn
Färgplottning av temperaturfördelningen l ett vertikalt snitt genom
en brännkemmere mad dubbla "näsor»
IJilllll
beståndsdelar, 8% kol och 1% aska. Medelpartikelslorleken uppskattades till 5 mm. Syrehalten i den inblåsta
luften sattes till 23 viktsprocent hallen vattenånga till 5
viktsprocent. Luftöverskottet sattes till ca 25%.
Den konvergerade lösningen krävde ca 1000 iterationer, vilket motsvarade omkring 30 timmars processortid
på en dator av typ IBM RS 6000/540. Resultatdatafilen är
oerhört stor - endast en liten mängd data användes för att
utvärdera resultatet och grafiskt representera funktionen
h_os denna typ av brännkammare.
Den aktuella konstruktionen med dubbla bågar innebär att bränslet har längre uppehållslid i brännkammaren
och förbränns i gasen ovanför rosten. Förklaringen till att
bränslet stannar kvar längre i denna brännkammare än i
en rak brännkammare ligger i strömningsförhållandena i
brännkammarens undre del. De båda "näsorna" är förskjutna i höjdled i förhållande till varandra, vilket ger upphov till en kraftig recirkulation. Sekundärluftstrålen som
leds in genom den undre näsan pressas ner under strålen
som kommer in högre upp och trängs ner i den nedre
delen av brännkammaren. Bränslet förs in på den sida där
den undre näsan sitter. De 1-2 mm stora träpartiklarna
stannar kvar under kortare eller längre tid i denna recirkulationszon. Lika stora är de kolpartiklar som rycks med av
rökgaserna. De är å ena sidan är alltför små för att kunna
ligga på rosten och har å andra sidan ett alltför högt
kolinnehåll för att kunna förbrännas fullständigt i brännkammarens nedre del.
De dubbla "näsorna" ger upphov till en venluri-effekt
som accelererar rökgasen mot den trängre passagen.
Accelerationseffekten skulle vara till nackdel om oförbränt
kolstoft skulle komma in i strömmen och forslas upp. Det
är därtör viktigt att blåsa in bränslet i en sådan riktning att
det inte hamnar i acceleratlonszon8n.
Datorsimuleringen ger en mängd ytterligare information, bland annat om temperaturlältet, syrets fördelning i
~~}~;}fi,~o/ii~i~~;~~:i::· ;;r.,_: .-~~~.:-j,-~- -.~-
· ; :·:- .~ _, ,--
? ~ ,.-,_.,,.;, ö.~·''r!,:(-.._•·v·-~~·· '"':>: Genom att törlänga bränslets uppehAllstid
§ -~
5 g:
5
~
L
•
<~':_':'-te? ~f:.~·;". '.,_·.
' ' · '\:-
och gena,;., att intensifiera blandningstörloppet
- · kan brännkammarens volym minskas.
O'c,;••· ··' ~--
o~<-:'~--.-·
''
:l
o
''
'' l
""' ''
''
o
o
<
''
, , , , , , , , , ..
.,., ., , , , , ,.....
' ' ..
,,,
'.
''''''''''''''''A'~
' ' ' '
' ' '
'''''
''"''''''""'"'''
' " . ' ' ' ,,, .,
..
''" '"" '''""'''t
''''" "' '"
""'
"'''""'"'''"'
Konturerna av en brännkammare med dubbla ..näsor.,,
ev typ VU-40
lE!
angripa problem som flyktavgång (d v s "avkokning» av
biomassans flyktiga beståndsdelar) och rökgasens borttransport av oförbrända partiklar (som kan försämra verkningsgraden betydligt). Om förbränningsluftsystemet har
brister i konstruktionen måste det med gaserna bortforslade bränslet antingen elimineras eller återföras till brännkammaren. Med hiälp av numerisk simutering går det att
bestämma koncentrationen hos flyktiga gaser (oförbrända
kolväten samt koloxid (CO)), liksom andelen kol och aska
i gasen som strömmar ut ur brännkammaren
En numerisk tredimensionell strömningsberäkning
genomfördes för en modern s.k. Double Arch Boiler. Primärtullen tillförs under rosten genom 50/50-öppningar.
sekundärluften som matas in vid »näsorna» har en hög
hastighet {ca 100m/s) och blandas intensivt med rökgaserna.
l jämförelse med simuleringen av sodapannan VIsade sig modetleringen i detta fall vara betydligt mera
Vektorströmningslätt !ör en brännkammare med dubbla »näsor»,
l ett vertikalt snitt
W
komplicerad. De beräknade storheterna var tre hastig·
hetskomposanter, tryck, två turbulensparametrar, sex
gashalter (02. vattenånga, träets flyktiga ämnen, GO, G02
och N2) samt en fast fas (trä). För att inte äventyra den
numeriska stabiliteten beräknades strömningsfället först
utan hänsyn till den fasta fasen och utan förbränning.
Först därefter togs den fasta fasen och förbränningsreaktionen in i bilden.
Förtoppet vid träförbränning modellerades i detalj. l
torknings· och flyktavgångsprocessen -frigörs vattenånga
och trägas - först därefter förbränns det återstående kolet
ti!l koloxid och aska. Reaktionerna i gasfasen omfattar
bland annat den mellan trä och 0 2 med vattenånga och
GO som resultat, med påföljande oxidering till G02. Vid
samtliga dessa omvandlingar måste ansatser formuleras
för entatpiförändringar, reaktiorishastigheten samt storleksfördelningen hos träpartiktarna.
Bränslets sammansättning var 40% fukt, 51% flyktiga
;_:
··~"<:::J( ·JTt~-1' -'
., ·
_- · _. :· .,. -·- · : :. :-- ~r~~i~f.?:~1~-F~~t:;~~:tF~W).:r-J.~:7
.
Som ytterligare tillämpningsomrA-den för numerisk
simulering kan 'nämnas nya konstruktionskoncept
för ekonomiserenheter i kombikraftverk och förbättringar
av lurttillförseln till ånggeneratorer. ·
, ...
-,.-_':
.,:
~-
_.
'·c;_.
,.,_
Färgplottning av syrehalten l ett vertikalt snitt genom en
brännkammare med "dubbla näsor~
CO-koncentrallonen l utloppet från brännkammaren
lliiiH
el! vertikalt snitt genom brännkammaren samt kolmonoxidkoncentrationen i utloppet från brännkammaren Den
numeriska simuleringen ger dessutom mycket information som kan vidarebearbetas för alt optimera sekundärlufttillförseln.
Ytterligare tillämpningsområden
lör numerisk simulering
För numerisk simulering finns en rad andra tillämpningsmöjligheter som redan provats i praktiken. Bland dessa
kan nämnas ekonomiserenheter i kraftverkspannor, förbättring av luftintagen i änggeneratorer som utnyttjar reslvärme samt konstruktion av kanalbrännare. l framtiden
kommer verktyget även att användas för modellering av
anisotrop strömning i avgaspannor, för beräkning av
emissionsegenskaper hos brännkamrar och erosionsskydd för dessa med hjälp av skyddsgaller.
'._:~~~-.;L,,_-,.,'.
FOrla.lla.rnas adressl!lr:
Or. Andrew K. Jones
ABB Combusuon Division Systems
Asea Brown Boveri tnc.
1410 Blair Piace. Suit 600
Gloucester, Ontario
Canada Kl J 989
Fax: +1 (613)747-5B8t
Paul J. Chapman
ABB Gombus tior~ Engir~eermg Systems
Combustiorl Engir~eering,lnc.
1000 Prospect Hill Road
P.O.Box500
Windsor, Connecticut 05095-0500
USA
Fax: +t (203) 285-5720
U.Ll-n1oln
The world's leading
flow modeling
software
._
Proven results with FLUENT
Three dimensionaf simulation of turbulent {/ow
in a mixi ng tank with a Rushton impe/ler
FLUENT
FLUENFM is the most wide!y
u sed, general purpose computer
program for modeling fluid flow,
heat transfer, mass transfer and
chemical reactions. FLUENT's
robust computational technique,
wealth of physical models and
ease of use have made it the ideal
tool for any user, from the beginner to the advanced. FLUENT is a
proven CFD tool, refined through a
decade of continuous use and
en hancement
FLUENT is used in applications
ranging from design of heat ex-
changers and mixing tanks to the
predietlon of combustion in
aircraft engines; from supersonic
nozzle design to analysisofair
flow in roomsand cabinets.
FLUENT's track record of
producing reliable results for a
variety of applications has gained
the trust and respect of engineers
around the world. FLUENT is a
mature CFD code with a record of
success across a wide range of
industrial applications, with over
500 industri al and academic
licenses worldwide.
TheFLUENT
Advantage
RELIABLE
COMPUTATIONAL
TECHNIQUE
FLUENT solves equations for
the conservation of mass, momen~
tum, energy and chemical species
using a finite volume technique. In
the finite volume technique, the
governing equations are integrated
over each contra/ volume. This
formulatian ensures that all solutions satisfy the conservation
equations, and provides solution
stability and accuracy, particularly
in the presence of strong gradients.
FLEXIBILITY
FLUENT combines the power
of a general purpose CFD code
with the flexibility to be customized to your specific needs. You
can incorporate your own models
inta FLUENT through user-defined
FORTRAN subroutines. Userdefined subroutines give you
control over mass, rnamentum and
energy sources in the flow field.
You can also use these subroutin
to modify boundary conditlons
and fluid properties. Jn addition,
customized postprocess i ng of the
computed flow field is possible
through user~defined subroutines
SUPPORT
Exceptional technical support
is a major reason ou r customers
ehoase FLUENT. When you
license FLUENT you access an
experienced team of CFD professionals ready to helpin any stage
of the computational process~
from problem definition to the
interpretation of results. We are
committed to helping you so/ve
your fluid flow problems. The
involvement of ou r support team
starts with training geared to
your application and fo/Jows
through with practical advice
based on experience supporting
clients in a widevariety of industrial applications.
FLUENT
Features
FROM CREEPING FLOW
TO TURBULENT REACTING FLOW
FLUENT allows you to model a
wide range of fluid flow processes
including laminar or turbulent
tlows, incompressible or com-
pressible flows, heat transfer and
reacting flows. Camplex geometries are modeled using a bodyfitted coordinate system for 2-D,
axisymmetric and 3-0 geometries.
FLUENT's range of built-in bound-
ary conditions include the ability
1"
define multiple inlets and
.tlets, stationary, sliding or
rotating wallsand camplex thermal conditions within solids or at
wall boundaries.
h.-VANCED
TURBULENCE
MODEUNG
FLUENT offers two turbulence
mode/s. For many applications, the
standard k-E mode! produces
reliable solutions. However, when
the turbulence is significantly
anisotropic due to the action of
body forces or swirl, the k-t mode!
is not adequate. This situation
occurs in many industrial applications such as in fuel nozzles,
cydones, and spray dryers. For
such applications, FLUENT pro'''-ies the full Reynolds Stress
J •• Jdel (RSM). In the RSM, six
additional transport equations are
solved for the Reynolds stress
components, yielding a more
F'~ 'lera! and accurate description
c. ,he turbulent f!ow.
These capabilities enable FLUENT
to excel in the modeling of liquid
fuel combustion, spray drying,
coal combustion, and particle
separation systems.
COMBUSTION
Since its introduction, FLUENT
has become the CFD code of
choice for mode! i ng combustion.
FLUENT handles multiple gaseous
(homogeneous and heterogeneous)
chemical reactions invalving
multiple species. The reaction rate
for each is kinetically or mixing
controlled, or can besupplied
through user-defined subroutines.
liquid fuel and coal combustion
problems are solved using a wide
variety of vapourization,
devolatilization and surface
reaction models.
GEOMETRY MODEUNG
AND MESH GENERATION
Geometry mode! i ng is performed in FLUENT via an interactive interface that allows you to
create and manipulate points,
curves and surfacesto build a
geometric mode!. For camplex
geometries, a curvilinear bodyfitted grid is generated using
OISPERSED
TWO PHASE FLOWS
FLUENT prediets the behavior
of particles, drapiets and bubbles
that are dispersed in the flow field.
FLUENT calculates the trajectories
of particles and prediets the
associated heat transfer, evaporation, devolatilization and combustion. Full coupling between the
dis-persed and the continuous
phase is provided. The effect
of turbulence on the partide
behavior is modeled using a
stochastic tracking approach.
Three dimensionaf simulation of
k erosene combustion in a gas
turbine combustor using a
twostep reaction mechanism
interactive grid generation too! s
that provide contra/ over the grid
topology and spacing. You can
add or redistribute grid Iines in an
existing meshand use the current
solution as an initial conditlon for
the solution on the refined mesh.
You can also take advantage o(
FLUENT's easy setup for Cartesian
and cylindrical grids.
TheFLUENT
User lnterface
FLUENT's user interface is
menu-driven and interactive.
Powerful 3-0 graphics allow you
to view your mode! and the
solution in a variety oi formats.
FLUENT's menu structure is
intuitive and easy to learn. Therefore, you produce results quickly
with FLUENT. Once you Jearn the
problem setup procedure, you do
not have to use it eonstant ly to
retain proficiency. The FLUENT
user interface has been a major
reasonthat engineers worldwide
have incorporated FLUENT into
the ir design and development
process.
nteractive grid generation tools
hat provide control over the grid
Jpology and spacing. You can
dd or redistribute grid Iines in an
·xisting meshand use the current
olution as an initial condition for
1e solution on the refined mesh.
·au can also take advantage of
LUENT's easy setup for Cartesian
nd cylindrical grids.
rheFLUENT
r.Jser Intetface
FLUENT's user interface is
lenu-driven and interactive.
owprful 3-D graphics allow you
>\
,v your model and the
)lution in a variety of formats.
_UENT's menu structure is
1tuitive and easy to learn. There)re vou produce resulls quickly
·it. LUENT. Once you learn the
·oblem setup procedure, you do
Jt have to use it constantly to
·tain proficiency. The FLUENT
;er interface has been a major
·ason that engineers worldwide
we incorporated FLUENT inta
eir design and development
·ocess.
technical
specifications
EQUATIONS SOLVED
•
•
•
•
•
Conservatian of mass
Conservatian of momentum
Conservatian of energy
Conservatian of chemical species
T rajectories of partides l drapiets l bubbles
BOUNDARY CONDITIONS
•
•
•
•
•
•
Specified fluid velacity
Specified pressure
Multiple inlets l outlets
W alls (stationary, moving, slip l non-slip, isothermal,
specified heat flux, specified heat transfer coefficient)
Symmetry boundaries
Cyclic boundaries
SOLUTION METHDD
•
•
•
•
Finite volume method
Segregated solution algorithm
Power law or QUICK interpolation schemes
Iterative equation solvers
USERINTERFACE
•
•
•
•
•
lnteractive, menu-driven
Built-in geometry mode!ing and mesh generation
2-D l 3-D colour graphics for viewing
Velacity vectors
Streamlines
Profiles of any flow variable
Line and filled contours of any flow variable
Partide l drapiet trajectories
Quantitative plotting and alphanumeric reporting
Customization of output variables
licensing FLUENT
FLUENT is available on a wide range of hardware platforms
from 386 PCs to supercomputers.
The annual license includes:
•
•
•
•
•
Full training
Unlimited technical support
Product enhancements
Ful! documentation, including user's manual and tutorials
Annual Users' Group Meeting
capabilities
ofFLUENT
Turbulent flow in the entrance region of a fin and tube heat exchanger
FLUENT is the ideal tool for engineers who want to solve
fluid flow problems in a variety of applications. Capabilities
include:
•
Steady state or transient 2-0, axisymmetric and 3-D
problems in camplex geometries
•
Laminar and turbulent flows where turbulence is modeled
via the k-e model or the full Reynolds Stress Mode!
•
lncompressible and compressible flows (subsonic,
transonic and supersonic)
•
Mixing of species with or without chemical reactions,
where reaction rates are obtained from Arrhenius, mixing
controlied or user-defined expresslons
•
Dispersed seeond phase of partic les, droplets, or bubbles
(inert, evaporating, reacting, combusting) in which full
mass, momentum and energy eaupling exists between
the dispersed and the continuing phase, and the effect of
turbulence on the particles is accounted for by a stochastic
tracking procedure
•
Flows in acce!erating reference frames, swirling flows,
buoyancy-driven flows
•
Laminar flow of non- Newtonian fluids
•
Conductive, convective and radiative heat transfer
•
Flows with temperature and composition dependent
properties
•
F!ows with distributed resistance (filters, tu be banks,
grills, porous media, etc.)
applications
Details of the flow in a 3-0 card
ca ge
Temperature field in the aft end
of a Solid Rocket Motor
Dispersion oi a methane jet in a
cross wind
Flow in a variable cross-seetian
du et
-•ECTRONICS l
COMPUTERS
AEROSPACE
ENVIRONMENTAL
HVAC
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Semiconductor
manufacturing
Chemical vapour deposition
(CVO)
Component cool ing
Cabinet cool i ng
Clean room design
<.-Ontours of pressurearound an
aulamobile shape
AUTOMOTIVE
•
•
•
•
•
•
Vehicie body externa l
aerodynamics
lntake and exhaust ducts
and manifalels
Engine cool ing
Air and oil filter flows
Under-hood flow ii elds
Passenger campartment
flows
Radiators l condensers
Externa! aerodynamics
Propulsian systems
Thermal management
Combustors
Solid racket motor analysis
Turbomachinery
•
•
•
Fu me abatement
Dispersion of contaminants
and eiiluents
Fire research
Flow around buildings
Modeli ng of particulale
dean-up devices
•
•
•
•
Concentration of SiH, and SiH 4
in a vertical chemical vapour
deposition reactor
MATERIALS PROCESSING
•
•
•
•
•
•
C rystal growth process
modeling
Ceramic furnace mode!ing
Molten metal flows in
tundishes
Gasstirring of melts
Flows in plastic injection
molding
Non-woven fiber mat
manufactoring
Flows in buildings
Flows in camplex ducts and
pipelines
Heat exch;mger design
Spray cooling and
humidification
Transport of partieulates in
buildings
Air-to-air and air-to-liquid
heat exchangers
Surning of black liquor drapiets
in a recovery bo iler
Profile of angular velacity in a
stirred tank mixer
POWER GENERATION
CHEMICAL l PROCESS
EQUIPMENT
•
•
•
•
•
•
•
Coall oil combustion
Burner and furnace design
Flow and heat transfer in
nuclear reaeters
Superheaters and
de-superheaters
W ater separators l steam
dryers
Flue gas clean-up equipment
Cool ing tower design
Fluent Europe
Sulte 26, Hutton's Building
146 West Street
Sheffield 51 4ES
United Kingdom
Telephone: 44 742 780861
FAX' 44 742 795086
•
•
•
•
•
Chemical reactor modeling
liquid or gas cleaning
(i.e., eyelene separators,
electrostatic precipitators)
Spray drying and coo!ing
Mixing oi components
Flows in stirred tank reactor'
Heat exchangers
Design of manifolds l flow
distribution systems
l
P H O (Ni l
CHAM
C
Ab out
PHOENJCS
H
A
•
M
E
X
P
E
R
T S
IN
C
F
D
PHOENICS is the leading general-purpose soflware-package for the srmulation of fluid flow and heat
transfer.
PHOENICS is used worldwidefor the solution of CFD problems across the whole range ofindustrial and
environmental applications.
PHOENICS is developed and marketed by Concentration. Heat and Momentum Ltd (CHAM}. lt ts
available for use under licence on a wide range of computer hardware. from PCs to large mainlrames.
G rid
systerns in
PHOENICS has always been able to handie three alternative g rid types:
PHOENICS
However, PHOENICS Version 1.6 has introduced powerful new tools which simplily the generation and
Geornetry
first
-----------
• Cartesian;
• Cy!indrical-polar;
• General curvilinear (Body-fitted co-ordinates, or BFCs).
handling of computational grids.
Unlike many other flow-simulation codes, the new
grid-generation procedures of PHOENICS place
the emphasis on the geometry, and not on the
computational grid. The grid is constructed only
once the geometry has been defined, and il is
subordinated to this. Furthermore, geometry and
grid remain throughout the problem specification
procedure as two separate {although interrelated) concepts. As a consequence. you can
easily refine the grid anywhere in your domain
without disturbing the geometry.
OBJECTS first ...
PHOENICS allows you to define "objects" within your computational domain. Objects are delined in terms
of their coordinates in the physical space, and not in terms of their cell indexes.
You can set up objects to represenl interna! obstacles, boundary features, etc. The fluid-flow domain
itself can be defined as an object.
... then REGIONS •.•
Using your set of objects, PHOENICS will automatically break up the computational domain into a
number of "regions". {You can also create additional regions if you want.)
... and on/y then CELLS.
You can then define the grid in each of these regions. The number of cells and
their distribution within the region can be specified independent/y for each
region.
Since the boundary and interna! conditions can be defined in terms of regions,
rather than in terms of cell indexes. you can refine the grid in any region at any
stage without attecting the geometry.
Easy to
u se ....
-----------
Menu-driven
The new grid-generation facility of PHOENICS is fully menu-driven: the menu options are all written in
plain English; and a context-sensitive help-system is available on-line du ring the grid-construction
process.
The grid-generation menu is also accessible from the PHOENICS general menu. !hus allowing the novice
user to complete the problem specification without having to leave the menu environment.
Viewing tacilities
Objects, regions and grid can be displayed in a monilering window du ring the grid-creation procedure.
The user can select different view pointsand upright directions. and can at any time obtain a lull-screen
display for ciaser inspection.
Grid generation in BFCs
BFC grids can be generaled automatically in any sub-domain from user-supplied pointson the sub·
domain boundaries. Two alternative grid generators (based on a transfinite interpolation or the solution of
Laplace equations) are provided.
BFC grid-planes can be readl!y "copied" across the domain, and can be arbitrarily Iransiated and rotaled
in the process.
You can also modily the grid point-by-point by simple "click and drag" with a mouse.
Fu/ly documented
The g rid-generation menu is documented in a new manual {reference CHAM TR219). A set of examples
is also provided on magnetic media .
.... and y et
powerful
The g rid-generation menu translates your menu choices inta a set of commandsin the PHOENICS Input
Language (PHOENICS' unique CFD language).
As you gain expertise, you can write !hese commands yoursell, or you can simply modity those produced
by the menu. Users of the PHOENICS Input Language can avail themselves, for the purpose of grid
generation, of an extensive kil of centroi structures present in most high-levellanguages, such as LOOP,
IF ...THEN ... ENDIF, CASE ... OF ... ENDCASE, GOTO, SUBROUTINE, etc.
~ ·
- Il
---
••- - 11
Availability
--·~
L
The grid-generation menu is an integral part of PHOENICS 1.6, and is included with the codA at no extra
east. lt runs on all PHOENICS-supported graphics-hardware.
Action
-----------
For lurther information about the grid-generation facilities, or about PHOENICS, ils applications and
licensing arrangements, please centact our sales department at
Concentration, Heat & Morneotum Limited,
CHAM
Bakery House, 40 High Street, Wimbledon Village,
London SW19 5AU, England.
Telephone: 081 ·947 7651
Fax: 081 ·879 3497
24 Hour Answering Service: 081-947 6872
Computer-alded
Fluid Englneerlng
~•o<•lgon l
$-«1210 NOJ"oo:ng, SwooJ•n
TeiOoMo• • ~61 1 1300 1<
Telel•• 130012
P H O EN l CS
CHAM
IN BUILDING DESIGN
''
The PHOENICS computer code simulates air movement and heat
transfer both in and around buildings. Full three- dimensional
steady or transient calculations can be performed, taking full
account of the elfects of conduction, convection, radiation,
bouyancy forces, turbulence, plus fire and smoke spread if
required. The PHOENICS code has been developed over many
years and now has several hundred users worldwide. This leaflet
illustrates same applications of the code in the field of building
design.
EXTERNAL AERODYNAMICS OF BUIIDINGS
1) Airflow around a group
of buildings. showing
pressure distribution and
streamlines. In this
example calculation. the
wind enters at 3[!' to the
Z-axis with a uniform
velacity of 20 m/s.Some of
the air close to the ground
passes below the elevated
building. The asymmetry of
the group eauses a /arge
vortex to the generaled
downstream of the
bulldings in the /ow
vetocity wake_ The wind is
acce/erated around the
comers of the buildings,
and a peak velacity which
is greaterthan the
free-stream veloc1ty
occurs_
Until recently. the on ly way to obtain a realistic
predielian of the airflow and pressure field
around a group of buildings was either to make
full scale messurements in the field or to carry
out extensive tests using models in
wind-tunnels_ Full scale measurements in the
field suffer from one major drawback: no-one
can contra\ the weather and so the
measurements taken can only reflect the
conditions prevailing at a particular time.
Wind-tunnel experiments are more general, in
thai they are carried out under controlied
conditions and models can be rotaled to yield
the effects of different wind directions and
strengths.
But, wind-tunnel experiments al so suffer from
one major problem: full-seale building s will not lit
inside wind-tunnels and !here are many
difficulties and uncertainties invalved in
scaling-up the resulls from scale models.
So, both !hese tradiiianal approaches are rather
time-consurning and expensive and do not
always yield the information needed by the
architect. designer or planner.
PHOENICS can provide quantitative
predietians of the kind illustraled here at
full-seale or model-seale in great detail and at
great speed. Graphical plats showing
pressures, velocities, temperatures, heat fluxes,
turbulence-intensities. etc can be produced
easily, enabling quick interpretation of the
results. Thus. a wide range of externa\
environmental conditions can be assessed in a
Iraetian of the time taken to carry out a field
experiment or wind-tunnel test. Delails of heat
transfer at each of the building surfaces are
computed, and the efleet of the atmospheric
boundary-layer velacity profile can be included
in the computation
(i
PHOENICS
CHAM
IN THE ENV/RONMENT
COMPUTER MODEWNG OF FLUID FLOW, HEATl'RANSftRANDC0MBti5110NEORINlusrRY
PHOENICS is the leading software program for the simulation
of fluid-flow, heat-transfer, chemical reaction and combustion
processesin the environment. In pollution analysis, PHOENICS
can be applied in two main areas. First, intelligent design can
reduce emissions at the point of generation. Second, the
adoption of improved methods of centrolling discharge inta the
environment can greatly reduce its effect. PHOENICS can have
a dramatic and cost-effective impact in both these areas.
DISCHARGE OF HEAT AND STEAM INTO THE ATMOSPHERE ; •
The release of vast amounts of thermal energy
and chemical etfluent inta the atmosphere
eauses highly undesirable meteorological and
ecological c hanges not on ly in the immediate
locality, but also on a global scale. PHOENICS
is used to mode! the complex nature of effluent
plumes from industrial chimney stacks and
cooling towers. The effects of temperature,
humidity and the drapiet content of both the
almasphere and eff!uent may all be taken inta
account. Such an analysis must also consider
the process operating conditions, stack
geometry, local geography and prevailing
weather conditions. For a more detailed study,
the PHOENICS mode! mayeven include the
camplex combustion reactions. in order to
study the mechanism of pollutant generation at
source.
POLLUTION OF SEAS, LAKESAND RIVERS
Studies have been carried out on the discharge
of hot water from power stations and waste
liquid pollutanis from factories into rivers and
estuaries. These have determined the
distribution of the effluent, and the effect of river
or tida! currents. Two- or three-dimensional
models can specity the coastfine topography,
river course, or profile of the ocean bed. Each
mechanism for pollutant dispersal can be
studied in isolation to highlight dominant effects.
An example of the \arge scale u se of PHOEN!CS
in pollution investlgation and control is being
developed by the Swedish Meteorological and
Hydrological Institute. The comprehensive
numerical models will enable studies inta the
circulation and ecological balance within the
.
Localized flow field and
entha/py contours around a
cooling tower. using the
TACT menu system.
· .
•
'"·c .. •
. . .. :
. · ..
Baltic system, including salinity distribution
and predietlons of ice formation
Flow f1eld and
sal/ diS/flbution
1n lhe BalliC
syslem
L-----------------------------------------------~
PHOENICS IN THE ENVIRONMENT
PLUME DISPERSAL STUDIES
PHOENICS ma y be applied to localized or
global studies of pollutant dispersaL The
ability to activate a fulL three-dimensional
analysis, tak ing in to account the elfects of
camplex local terrain, results in accurate and
detailed physical models. The inclusion of
structures with in the simulation domain allows
for the interaction of building s with the plume
footprint.
Pollution dispersal in a built up area
FlUE GAS DESULPHURIZATIOI-t \
POllUTION INTHEGROUNtt'',
c
Sand, soil and permeable rock constilute
'porous media' for which the laws of fluid flow
are weil known PHOENICS has been widely
used in such media for studies including
sub-surface storage and seepage of
pollutanis through rock structures_ The degree
of penetration and distribution of the pollutant
through the soil can be readily predicted. The
leaching of pssticides and nitrates which may
result in river pollution may be assessed,
along with the effect of spillage of toxic
materials or seepage from waste dum ps.
Transient analyses can be earned out to
investigate both the immediate and long-term
effects of chemical release.
ACTlOJ-t
.
If alter reading this leaflet you would like to lind
out more about PHOENICS, ils application in a
specilie area, training courses, forthcoming
seminars, pubhcations, consultancy or
licensing arrangements. please contact the
Sales and Marketing Department at the
address opposite.
!•
Sulphur dioxide, a major contribulor to acid
rain, is a waste product of fossil fuel
combustion, smelting and sulphuric acid
manufacture. The effective desulphurization of
flue gases in such processes has now become
imperative. PHOENICS has been used to
mod el desulphurization techniques, including
the detailed flow field calculations with in
dislillatian equipment. Packed bed absorbers
can be studied by analysing both the complex,
three-dimensional, transient flows and detailed
chemical kinetics. Chemical scrubbing
operations can be assessed using a full multiphase mass and heat transfer analysis, which
is a standard capability of PHOENICS. Finally,
for electrostatic processes. PHOENICS has
been applied to study the effects of varying
field strengths on the dust particle precipitation
rates using Lagrangian particle Iraeking
techniques.
CHAM Limited, Bakery House
40 High Street, Wimbledon Village
London SW19 SAU
Tei:081-947 7651
Telex:928517
Fax:081-879 3497
CHAM
et
P HOEN l CS
CHAM
IN THE PROCESS INDUSTRIES
- COMPliiER MODEWNG 01!
.l
PHOENICS is the leading general-purpose software code
for the simulation of fluid-flow, heat-transfer,
chemical-reaction and combustion processes, in
engineering equipment and the environment.
PHOENICS is already in use at hundreds of sites
worldwide, and this leaflet illustrates some applications
of the code which are relevant to the process industries.
CHEMtCAL REACTORS
-
PHOENICS can prediet and
display values of key
parameters such as
temperature, pressure. velocity,
concentration (of air or other
chemical species) and shear
rate with in chemical reaeter
vessels. The picture on the right
shows that camplex features
such as axial and radial
impellers, baffles, asparge ring
supplying air bubbles, and
coils for temperature centroi
can all be included in the
simulation. Thus PHOENICS
provides a valuable too! for the
design, centroi and
optimisation of process
equipment of this kind.
·
Fluid velacity vectors_
Contours of a1r concentration
RESUL TS COURTESY OF LAFARGE
COPPEE RECHERCHE
CYCLONES
The particles in a cyclonic
process may be solid (eg dust
particles) or liquid (eg oil
droplets). Knowledge of the
particle classification
performance is important in a
eyelene design. PHOEN!CS is
used in a wide variety of gas
and hydrocyclones to prediet
the distribution of particle sizes
with in the cyclone, and the
percentags of each size
reporting to either the overflow
or underflow exils. Full,
two-phase, three-dimensional
ca!culations including heat and
momentum transfer to and from
the particles can be handled by
PHOENICS.
·'
·· ·
.
., ••
' ·-
Part1cle /racks 1n a eyelame separator
· - ·.. · -, •
· .
'
• ··
PHOEN/CS IN THE PROCESS INDUSTRIES
r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----PIPES, VALVES AND PUMPS
PHOENICS provides detailed,
two or three-dimensional
analysis of flow conditions in
pipe junctions, valve
passages. or pumps, thus
revealing any Iikeiy design
defects at an early stage.
Areas of partieulafly high
shearstress at solid surfaces,
for example, can lead to
excessive wear and corrosion.
T ranslent problems associated
with the hydrodynamic forces
on valves opening or ciasing
can also be identified and
corrected.
-
-
---
centre plane.
RESULTS COURTESY OF BRITISH
PETROLEUM
Aow through a ball-vaNe.
FURNACES AND COMBUSTORS
Gombustian processes in a
wide range of both liquid-fuel
and gas-Ured furnaces and
combustors are simulated by
PHOENICS. The effects of
alternative fuel and air inlet port
arrangements can be examined
to obtain the optimum design.
The simulation can also prediet
the location of hot-spats, or the
productian of combustion
generaled pollutanis such as
NOx (as in the example on the
right), providing a valuabie
insight to both designers and
'
operatars of combustion
process equipment. In the
case of the large industrial
burner shown here, a selective
flue-gas recirculation system
was designed, on the basis of
the PHOENICS calculations,
eventually leading to a
reduction of 80% in NOx
output from the burner.
RESULTS COURTESY OF FUEL TECH
INCORPORA TED
Temperature profilas in a /arge
industria/ burner_
FOOD PROCESSING EQUIPMENT
The food industries exacting
requirements in maintaining an
aseptic environment. with strict
limitations on operating
conditions places high
demands on the designers and
operatars of food processing
equipment. PHOENICS can be
used to optimise plant operating
conditions, while mini.mising
downtime, in a wide range of
application areas including:
spray drying, packaging,
sterilization and handling
camplex food mixtures.
lncorporating the user's own
empirical data inta the
simulation, in addition to the
ability to !rack the motion of
discrete particles allows
camplex simulations to be
carried out.
A spray dryer mode/ il/ustra/lng the temperalurc conlours and powder par11cle /racks
PHOEN/CS IN THE PROCESS INDUSTRIES
HEAT EXCHANGERS AND CONDENSERS
The economics of present-day
energy generation and
heat-transfer processes mean
!hat designers must constantly
strive to improve the efficiency
of the necessary
··
heat-exchange components.
PHOENICS is being used to
assist in the design of a wide
variety of heat exchangers and
condensers, with lull
three-dimensional predietians
A
The SNR300 lntermediate Heat Exchanger
using liquid sodium, in which PHOENICS has
been used to prediet the temperature
distribution in the primary sodium circuit for a
range of operating
conditions both steady and
transient, and from low load
to fullload. Excellent
agreement between the
PHOENICS predietians and
measured resulls were
obtained.
RESUL TS COURTESY OF NERATOOM
providing valuable insights
which usually cannot be
obtained from experimental
studies or a theoretical
approach. The two examples
illustraled here are:-
B
The condenser for Heysham Power station.
Previous work using PHOENICS has
highlighted the fact that condenser
performance is sensitive to non-uniformities in
steam conditlons at the
inlet plane. A key
feature of the current
work is the
development of a
coupled rnadel of both
the steam turbine
exhaust hoad and the
COndenser, Which
aveids the need to
make sensitive
assumptions
regarding
steam
conditlons at
the
condenser
inlet plane.
Low-load temp. distribulion in
primary sodium circuit.
RESULTS COURTESY
OF NEI PARSONS
Contours of air concentration at·
cooling water in/et plane.
AIR, FIRE AND SMOKE MOVEMENT
PHOENICS is used extensively
to prediet the flow pattern and
thermal environment in heated
and ventilaled spaces in which
buoyancy forces often
deminate the flow, both with
and without the presence of
fire. Many validatian examples
have been carried out in
conjunction with the Fire
Research Station in which the
PHOENICS predietians were
campared with measured
parameters such as
temperaturs, velacity and
smoke concentration, and
excellent agreement has been
obtained in each case. Same
examples of such calculations
are:a) Environmental impact of a
warehouse.
b) Transient predielian of
temperature distribution in
the passenger campartment
of a ear.
c) Fire in a ventilaled road
tunnel.
d) Fire in an air-supporled
structure (see illustration).
e) Air movement in a
3-dimensional instrumented
test room with a heat source
and an open door.
f) Fire in a shopping mall.
g) Air movement in an atrium
design building.
Flow field and smoke concentration
after 30 seconds.
BILAGA 3
Referenser till exempel på gjorda beräkningar.
Referenser Fluent:
Ytterliggare material kan fås från
Fluent Europe
Suite 26, Huttons Building
146 West street,
Sheffield Sl 4ES
United Kingdom
R. Weber, B. M. Visser, F. Boysan "Assessment of
turbulence modeling for engineering prediction of
swirling vortices in the near burner zone 11
International Flarne Research Foundation,
(IJmuiden, Nederländerna, 1988)
Referenser PHOENICS
Ytterliggare material kan fås från
Computer-aided Fluid Engineering
Krokvägen 5
S-602 10 Norrköping
Sverige
K. Fenech, M. Cross 1 V Voller,
"A Computational
Frarnework for Modelling the Raceway of the Iron Blast
Furnace", Centre for Numerical Modelling an Process
Analysis School of Mathematics (London, 1985)
I. sawada, T. Ohashi, "Numerical Analysis of the
continouos Casting Moult in the Steel-Making Process"
Nippon Steel Corporation, (Kawasaki, Japan, 1985)
J.L. Boccia, J.L. Usher, "The Use of a Field Mode! to
Analyze Probable Fire Environments Within the camplex
Geometries of Nuclear Power Plants", Brookhaven
National Laboraty, (Upton, New York,1985)
I. Sawada, T. Ohashi, "The mathematical Modelling of
the Coupled Reactions in the Pre-Treatment of molten
Iron by Powder Injection, Nippon Steel Corporation,
(Kawasaki, Japan)
F. Weiching z. Hui, 11 A Two-Fluid rnadel of Turbulent
Combustion 11 , University of Scienc & Technology of
China,
(1989)
C.G. du Toit, 11 The Numerical Predietian of Durnp
Diffusor Flows 11 , 2nd South African Aeronautical
Engineering Conference, (Pretoria, Sydafrika,1990)
A.P.G.G. Lamers, "Influence of Temperature Dependent
Viseosity on Laminar Diffusion Flames 11 , University of
Technology Eindhoven, (Nederländerna,1989)
2
W. Montasser, "Modelling of Gas Flow in a Vertical
Chemical Vapor Deposition (CVD) Reactor 11 , Alcan
International Limited, (Ontario, Canada,1989)
S. Rogers, L. Katgerman, 11 Particle Tracking of
Solidifying Meta l Droplets During Gas Atornizing",
Alcan International Limited, (Banbury, England, 1989)
S.C. Flood, K. Kasai, L. Katgerman, "The modelling of
Heat and Fluid Flows in the DC Casting of Aluminium
Alloys", (Banbury, England, 1989)
C. Prakash, V Voller, "On the Numer i c al solution of
Continuum Mixture Medel Equations describing Binary
Solid-Liquid Phase Change 11 , Numerical Heat
Transfer. Part B, vol 15, (1989)
O.J. Ilegbusi, J. Szekely, 11 Three-dimensional
Velacity Fields for Newtonian an Non-Newtonian Melts
Produced by a Rotating Magnetic Field", Massachusetts
Institute of Technology, (U.s.A. ,1988)
P. Ernola, M. Hupa, L. Kjäldman, P Oksanen, 11 Detailed
Modelling of NOx Emissions in Fuel Staging", Åbo
Akademi, Technical Research of Finland, Neste OY,
(Finland, 1989)
L. Kjäldman, "Modelling of Peat Dust Combustion",
Technical Research Centre of Finland, (Helsinki
,1989)
G. Simard, R.T Bui, V. Potocnik, "Simulation Camplex
Industrial Processes Using Phoenics", (Canada,1989)
N. Hoffman, N.C. Markatos, 11 Thermal radiation effects
on fires enclosures 11 , Thames Polytechnic, (London,
1987)
T. Bourgeois, R.T. Bui, A. Charette, Y Kocaefe,
"Simulating the Combustion Furnace of an Aluminium
Casting Furnace, Universite du Quebec ä Chicoutimi,
(Canada,1988)
K.A. Pericleos, I.W. Clark, N. Brais, "The Modelling
of Thermal NOx Emissions in Combustion and its
Applications to Burner Design 11 , CHAM Limited,
(England,1987)
SIMULERING AV KANALBRÄNNARE MED FLUENT GJORD PÅ
SVDKRAFT KONSULT, GASTEKNIK.
O~LMUM
Er: brä:1nares
huvucl.~?pgi:'T..
är a.:.t. blanda brä;_1z::e o::-:l; .:u.f'::. .:.
::öl~f:ållar.de cc11 s.-::_ f-:::.:ms. cch sta.t:llisera 2!1
rj.~"'=
tl.s:rr:.:11a. :Je~·tc: ;;ä.l2.e:r
0:1'.'8~tt ,~r:vänaninqs:J!P.!"åcler~.
CliV~a applikati:Jn.-2r s.t~iller olil·~a kr a': på hur :ö.:t:l·än::-,i:-Jgs.r: ;!er:omfS.-::.-s.
Tex brännare till pa::.nor sv.:all klar a\' a-:::t. ge fr:.l.ls~2.:1clig :·örb.:-.':inr..ir::.;
"led
1.~,-.+-.,-- c'""'
.. ot-t-......1 "f"-ro.. ue-rc
'
,__.,__..., <:;..-- "'f!. 1 ~-t-e-t- .,,....,"'"' mr-:.·i ·;·i... -~t i-'. uer P.',.
- Tr·egleromretde av tex 1:4 (7:5 - 100 % effekt).
-
'::'~"
-~--~~,.
~~
~~
~~~
~
~~·"
""~_}~
~
~·
_.___
Brär:nare för tillsatseldr::inq st:all klara 2l.'.:t förbrä:-;na bräns:et med
de·t. syre som är tillgänglig-t-. i avgasflddet oct; a::'.:- arbet3 i de "svAra"
f
0
l ;-;,,-'!o c- t-'""•rha
<::nrlö'"'
~
OO .i' 1
~~··'-'~··
"'0ffi
-.-:.:.der
~
"~.;;;;;
~
~'-'~~~
~
:.uo.:oc;,lz-a.,-, "- ·; '-''"'
.._~>,_,M>~"··----~-··~
...,;=--,-."'
....
~~-
o··,"ov-'~·.~
a~·~
~~-
rsglerområde exv l:lO {lO- 100% effekt) vilket :nedfb= att det finns
vi.8sa parametrar som är av stor vikt för ar;.läggningens funktion.
Syftet med denna simulering är att utr5na om det är möjligt att
stude1.·a dessa parametrar med hjälp av flnida sim:rrn.-:.leringsprogramm~
Vi valde att studera en en:t:el kanalbrännare i en avgaskanal '.'id
varierande avgashastighet och syrehalt, av speciellt intresse var
flarnhållningen.
Bes}::riv:r.ing av uppställningen i FLUENT.
Ett brännarelernent tillverkat av de Jong Coen b.v har fått f;tå som
'l'gao
fn-r
'UP""'a"ll
"98"
"r~nnaren"
konotnu'·t'
p-t-a"
~ "
•ngo•nooel'
'""" • .,.._ ,,...J_
~........
1:'~ ~
_,_ n'
• ..._..
.. r
~
......
c;. en klo
~
··~
r, - on
.....
~
.,
h.c"andn-illQ""
eller
ol~+c>.,..
~~rnr.a-r
e,·ig
yS\
mocjo".cleno
.._,
............ p ...li?..f-ar
o.~
...
....
... ~,:;.a~ ..1.... r:~
~.....
.... ... a+-+
·~~
••
~~~
~~·
B:rännarmadellen placeras i en cylindrisk kanal med l2.~gden 4 m och
diametern O. 864. m. En tvådimensionell figur på uppst~.'.illningen visas
nedan och där representerar:
u
s
lO
Il
VIO
o
.....
•
..__
symmetrilinje
inlopp l, avgasflöde
inlopp 2, bränsletillförsel (metan,
vägge1ement
ut.lopp
En fullständig list- til Cver uppst..ällningen återfinns i bilaga
-
J
CELL TYPES
I= 2 4 ,. 6
26
ssssos
?"
IO
_,
24
23
!O
..12lO
10
n
9
g
lO
lO
!O
lO
'l
:~
12
14 ..
82
XI'
~ ~
~
~'
lO
• ~10\<.i(J
l.,U . ~.;ro
1 ',!
lO
L
., 10
lO
6
5
86 38 90 92 94 96 98 ,, -i -·,n
.... =I J
''
s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s "c 26
o 25
''il
o L.
o 23
o 12
o ' .,
o "'
...
o g
o 8
o 7
o s
o ,,5
o .
8
• ~l!)
~,'~)~/~)
'
o
"t
Parametrar
LD.vgasflödets syrein.nehåll.
Syrehalt..en i avgasflödet är av yt.tsr;;•:.a
och säker t.illsatseld~J.ing. Som :.:.idigare
.; nc:::.-mala fall en syrehalt mel.ia:-1 13 - 15 't..
: : i:1data till sim:J.leringen har vi sat.t syrehalten till 15 eller 10 %.
A;.Tgas f löäets
}~araJ.:-ceris -c i
k.
pa·'ve...-•-,r
~r v.:>.r-i"'T-~0.",0"!':....... t-~l.IC';::,t·ce1r1n~"'nen
... -._. ........ .., .............. ::;, •• .....
___ ..... __
- - -1
genomsrli "Ctliga flödeshastigheten, olikformig hasti.ghetsp.'ofil,
temperaturvariationer i avqasflödet samt instabilt avgasflöde.
In.sta:bila flöden kan uppstå vid tillsatseldning eft.er Jccl vmotore~-.
'f~lrt-~na
~·~~~':::'
n;::,r"'l"S'~·--r
l':"'"
....... " ....... o. ...
so~
~
•"
-~r-
~~
ripr,.•
'-"~-
I indata är avgasflödet satt likfonniat och till 50 % turbulent samt
temperaturen satt till 798 K ( 525 °C): .rwgashastigheten varieras
mellan antingen 20 m/s eller 5 m/s.
!"lan kan dock anse at.t detta ä:::- ideala förhållande~, i verkliqheten ar
flödet från en gasturbirr till 100% t~rbulent, ol.ikformigt och hi'ir ä·.rer:
temperaturvariationer.
Ineffekt, specifik värme.
Ineffe}:t av specifi}~ värme definieras som Qen av t-:Lllsa~seldnir.aen
tillförda värmet ~er enhet av a•Jgasflödets massa [ k;Y/(kg/s)= ld/Kg ]
Och
' ' ma"'++
~"
~~
a"r e......
P""
'-' ,..,.,..,0-PD
'::1~~
-A
av
·t-~l1c:=t-s=l.-.:n-{n~
~.0,
~'-'·~~
<o>_._ ........... ~·
De'
~
'nri-it·er""-r
...._,
~ .... ,~
.._....__
ho'J'....,~nnon
••~•'';J"''
av av avgasflödets temperat.ur som resulta·t av ti.llsatseldningen.
För den typ a·.r anläggningar som behar.-:llas här är ineffe};:ten av
ope"~ +'~ka \'a"rmar
nnrmol+
,.,...,a'er
•no Jr.1'IJ•g Co"r ,..,-..-v-• .-i::.......ll"onvnnrr'..-.no·i
·l,
>:>
.... ••
..
Uo.
,_.., ...
~..~....___....
nannnr
1:'
• ·~~
~~.,_.~
~en
><;
~l.
',•.e,n,
u.<;l
-•• mu.-.iret
••..!~"
'"~•~
·.<.<~v-..~.,-,..-~
Äk:>~
+~1"1
..._.._..-..J..
...
~tnou·l
..,~
-
lr.TiL·g
"-~rn
._.,.,.<~.._.
~"
nannor
•••
-fö-r
..._~i"'
~"·-~-.,....
mod
.. ~ .....
l.>'"<rlrla
"1~~~
väggar.
I combined cycle nr 1 och nr 2 ligger den önskade tillsatseldningen p$!
211 resp 227 kJ/kg. För at1: f.?. en uppskattning av flarnhållningen på
brännarmedel len ~at te:. na!·.frg.?~.e.~s ~_n.-~opp:s.hastigl~et t il~. 12 m/,s. gene::~
en utloppsarea pa 9.3t:"'10
mt, avs ..LlKa med et:: Kana.lbrannareJ.emen·c
konstruerat av de ,Tcng Coen. l>.'-.~gashast.igheten al terner ar som tidigare
nämts mellan 20 och 5 m/f;, detta medför att i fallet 20 m/s fäs er:
ineffekt av endast 29 f:J-;kg och i fallet 5 m/s 115 kJ/kg.
Flamstabilisering .
.ST..a!:;:ilisering e.•! flamman
s~ säker och
problemfri drift. Fla.mstabilitet erhålls ':jer::o:n a:.t. Epp:tylla
förbrännincskraven minimum antänd.-:inqs-.:emperatur f 5?.C· - 6.::',() "C f'C!"
naturgas, Uppgi:ten varierar beroendE:, på ki:.U.la) till en brär::s~e)syre
'an•I,~""
cnm
H~ ~lQmh~r
b ..1.
l~ • .L . . ~
._.~ ............................ ""'"-'""".
Do+~~
~--~'""'
m8a+c
r~11a
'"""'"''-"'~·
~c.._,__~
i~
~un~~ev
t"' .... ~ .4-
~
_..
n~r~g+
··-~
. . ~ .....
Tl'l1
~
.-'-.4-
flamhållaren så att flamme.ns bas befinner sig nära denna helst över
a+ ..... r+ helastnl'"'a<:.'om""'åd.o
o,...h vid olika sv:-el1alter
i avaasflCdet.
••~u~
~
~
ot-r
-
---
-
-
••
-
-•
"a" a; h.,...'-'r.n=>re
"P"',
g~ aonnm
,.,.,t
n!"'--'-'~~--........
l :::...-.c,..."' e~~
"
~
.::>-... ~....
~·
e-~~
~-· ............
~
hinder (flamhållaren} i avgasflödet:, dess. ~rving.ar" och den plötsliga
"'
i o er ......
i ng
•. ..1. amotabi
.,..,
~ l ~-
•h~s
...,.
·~
u
.....
.....
rue"l
"'r-.n·• 'l• l; f o" y- heTa a"ga<O!<::>r t--l• 11
d e~
+ l. n. re a•: fl'"''".
fil
l
,.,..,o,.-,
: .~. . r<"'re
tnrbi;;
~n
_ ........n'""' .... -. . . . ~··· V>
~ ~ te r_
'::J........
... ....... ....
~- +..---i
..... ~ D"
·1.1 ;:>..
nnen
åotak~mmc:.r
on H~
a reoo''kn~..._ ..
'::!
O
....
..............
~
~
....
,t-- •• rNa"'""
•·-~~
-::: ........ n
~
....~
~H
V~---"<
....
~
..... >
~
.J..
~
H
~
•
,_.,___..._
~
~~
flarnstabiliteten erhålls genom att strålningsvärme från :lammar:. ger
bidrar till uppvärmningen av gas/avgasflödeblandningen.
Fig nr l visar hastighetsvektorer runt brännarelementet, avgasflödet
har en inloppshastighet på 20 ro/s .. Fig nr 2 visar motsvarande konturer
a+~~he+
i
PO"'~
. . l·', x- .......
r~'·tn'l'g)
-:::
.... \'b"'o+~ghe+
........
•
... ....
..... ..... .<-r•
..... ,
•
för u- ha ............
.~
~_
7
~
Om man studerar hastighetsvektorerna runt och i brännaren syns en
virvelbildning strax under brännarvingen, detta bekrättas nar man
studerar konturerna av u- hast., strax under vingen roerkeras en kontur
med nega·tiv u- hast.
F.v detta kan man dra slutsatsen att modellen fungerar som
flamstabilisator, virveln drar ner heta avgaser till brännarenB
centrum där de värmer samt blandar sig med den inströmmande gasen.
-1L
-~"'
N
N•
•
,.
'9
~1
~-:'<
'
~ ~"' m--
-
• • '
~
~
•
"'
'i"
~
• •
"' "'
2.14801
2-0!E+Ill
L
j.<SEffij
1.31B\lj
1.24801
(.118-Q;
9.71EHlO
a.-!8E+Ilo
•n- .
7"H:ci"\;
S.90E+QO
4-BIE+IlO
F, & ""' 2..
s.:f·]r::<:::
3.t2E·02II
2M7((-:'(:'