A láng nélküli égés LES-jének kiszámítása - PDF ingyenes letöltés
A láng nélküli égés mesterének kiszámítása az energetikában, a repülésben és az űrkutatásban A repülés és az űrgyakorlat szakterületéről szóló jelentés - 2006. szeptember Ronan VICQUELIN Ecole Centrale Paris Témavezető: Thierry Poinsot - CERFACS a CFD csoport igazgatója Ref. CERFACS: WN/CFD/06/70
Elérhetőségek gyakornok: Ronan VICQUELIN: CERFACS 42, Av. G. Coriolis 31057 Toulouse Cedex, Franciaország Tel: 33 5 61 19 30 19 Fax: 33 5 61 19 30 00 E-mail: [email protected] Témavezető: Thierry Poinsot: CERFACS 42, Av. G. Coriolis 31057 Toulouse Cedex, Franciaország Tel: 33 5 61 19 30 34 Fax: 33 5 61 19 30 00 E-mail: [email protected]
Tartalomjegyzék Jelölések 1 Bevezetés 3 1 Bevezetés a lángmentes égésbe 5 1.1 A láng nélküli égés jellemzői. 5 1.2 A nitrogén-oxidok kibocsátásának csökkentése. 6 1.3 A reagensek hígítása. 11 1.4 Előmelegítés. 13 1.5 Egyéb tulajdonságok. 15 1.6 A lángmentes égés mechanizmusai és modelljei. 17 1.7 Alkalmazások. 18 2 Nagyszabású szimuláció 23 2.1 Szűrés. 24 2.2 Az egyenletek. 24 2.3 Használt modellek. 25 2.3.1 Alhálós modellek. 25 2.3.2 Határfeltételek. 26 2.3.3 Sugárzási modell. 27 2.3.4 Kinetikai kémiai modell. 27 2.4 Az AVBP kód. 29 3 Eredmények és értelmezések 31 3.1 Kiválasztott konfiguráció. 31 3.2 Bizonytalan, nyújtatlan egydimenziós láng. 32 3.3 3D számítás. 34 3.3.1 Fajmezők. 34 3.3.2 Hőveszteség. 36 3.3.3 Reakciózóna. 37 3.3.4 Láng nélküli égés. 40
Következtetések és perspektívák 45 MELLÉKLETEK 46 A A kemence részletei 49 B NSCBC határfeltételek 53 C Faltörvények 55 D Az AVBP-ben tapasztalt numerikus módszerek 59 Irodalomjegyzék 66
6 A láng nélküli égés LES számítása ábra. 1.1 A különböző égési módok összehasonlító diagramja (Milani és Soprano, 2001). Ábra. 1.2 Az égés lánggal/anélkül összehasonlítása (Milani és Soprano, 2001). 1.2 A nitrogén-oxidok kibocsátásának csökkentése A láng nélküli égés célja a nitrogén-oxidok (NOx) alacsony kibocsátási aránya. A levegő előmelegítésének elve alapján az üzemanyag-megtakarítás érdekében ez csak az előnyöket tartja meg. Valójában az előmelegítés legfőbb problémája az égési hőmérséklet végének növekedése, ami exponenciálisan növeli az NOx termikus termelését. A nitrogén-oxid termelésének három fő útja a következő: a Zel dovich mechanizmus által leírt hőtermelési út N2 + ONO + N (1,1) N + O2 NO + O (1,2) N + OH NO + H (1,3) ahol a nitrogén reagál üzemanyaggyökökkel: CH + N2 HCN + N (1.4)
Láng nélküli égés LES számítása 15 ábra. 1.11 Önregeneráló égő a WS cégtől. Egy légbefecskendező a közepén, hat perifériás befecskendező (három üzemanyaghoz, három füstkimenetként váltakozik a ciklusok során). Ábra. 1.12 Gyúlékonyság tartomány a Q f tüzelőanyag fűtőértékének, a keverék kezdeti hőmérsékletének és gazdagságának függvényében, a (Katsuki és Hasegawa, 1998). áram Maruta et al. (2000) előmelegített levegőt injektálnak az egyik oldalra, a másik oldalon nitrogénnel hígítják az üzemanyagot. A teszteket normál gravitációban és mikrogravitációban végeztük. A sovány kiégéshatár tovább megy, ha az előmelegítési hőmérséklet emelkedik (1.13. Ábra). 1.5 Egyéb tulajdonságok Sugárzási tulajdonságok A láng emissziója a reakcióban részt vevő kémiai fajoktól függ. Az előmelegített és hígított égés kémiai mechanizmusai különböznek a hagyományos lángéitól (Gupta et al., 1999; Nicolle, 2005). A láng fényességéért felelős gyökök főleg C 2 és CH. Csökken a részvétele a reakcióútban, amelyet lángmentes égés követ.,