Modelowanie z wykorzystaniem metody siatkowej Boltzmanna termomechaniki przepływu wraz z reakcjami chemicznymi

• Autorzy: Grucelski A. , Pozorski J.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2014.39

Warianty tytułu

EN

Lattice Boltzmann method for thermomechanics of fluid flow with chemical reactions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Szczegółowy opis oraz analiza termomechaniki w przepływie przez ośrodek porowaty wraz z następującym uwolnieniem składników chemicznych z ziaren ciała stałego ośrodka (reprezentujących biomasę, węgiel) zostaną zaprezentowane wraz z pierwszymi wynikami symulacji przy wykorzystaniu uproszczonego modelu odgazowania. Po wykonaniu podstawowych testów dla przepływu płynu oraz transportu ciepła, dodatkowe funkcje rozkładu zostały zaimplementowane w celu modelowania ewolucji emisji oraz transportu składników chemicznych. Koncentracja składników chemicznych (jako wynik symulacji) wyznaczona jako wynik prostych reakcji wykazuje dobrą zgodność z innymi metodami numerycznymi. Modelowanie procesu pirolizy wykonane zostało z wykorzystaniem referencyjnego odgazowania węgla dało pierwsze jakościowe wyniki, przy pewnym zauważalnym wzroście kosztów obliczeniowych. Dla wyższej dokładności oraz zmniejszenia złożoności obliczeniowej planujemy wykorzystanie uproszczonego opisu kinetyki chemicznej dla zjawiska odgazowania stałych cząstek paliwa (ciało stałe geometrii). W artykule wyjaśniono przepływ płynu z przejmowaniem ciepła przez reaktywne nośniki granulowane na poziomie reprezentatywnego elementu o objętości (REV), w tym także oddziaływania mechaniczne ziaren stałych spowodowane ich rozszerzalność cieplną.

EN

A detailed description of thermomechanics of fluid flow through porous media with a release of chemical compounds from grains of solid fuel particles (biomass, coal, etc.) is presented together with first simulation results of a simplified model for degasification process. After the basic tests for fluid flow and heat transport, additional distribution functions are implemented to model the evolution of both emission and transport of chemical components. The concentration of chemical components (as a result of the simulation) is determined as a result of simple reactions shows good agreement with other numerical methods. A simulation of the pyrolysis process with the use of a simple reference model of coal degasification, gives first quantitative results along with a notable increase of computational cost. For higher accuracy and reduction of the computational complexity we plan to use a simplified description of the chemical kinetics of the phenomenon of degasification of solid fuel particles (solid geometry). In the article we account here for fluid flow with heat transfer through reactive granular media at the level of a representative element of volume (REV) including also mechanical in teractions of solid grains due to their thermal expansion.

Słowa kluczowe

PL

LBM; termomechanika przepływu; modelowanie odgazowania; reprezentatywny element objętości

EN

LBM; thermomechanics; degasification modeling; representative element of volume

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 86 [290], nr 3
• Strony: 357--366
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Grucelski A.

• Instytut Maszyn Przepływowych PAN

autor

Pozorski J.

• Instytut Maszyn Przepływowych PAN

Bibliografia

• 1. Di Rienzo A.F., Asinari P., Chiavazzo E., Prasianakis N.I., Mantzaras J.: Lattice Boltzmann model for reactive flow simulations, Eur. Phys. Lett., 98 (2012) pp. 34001.
• 2. Grucelski A., Pozorski J.: Lattice Boltzmann simulations of flow past an obstacle and in simple porous media, Comp. Fluids, 71 (2013) 406-416.
• 3. Grucelski A., Pozorski J.: Lattice Boltzmann simulation of fluid flow in porous media of temperature-affected geometry, J. Theor. Appl. Mech., 50 (2012) 193-214.
• 4. Grucelski A., Pozorski J.: Lattice Boltzmann simulations of heat transfer in flow past a cylinder and in simple porous media, Int. J. Heat Mass Transfer, 2014, [in review].
• 5. Han K., Feng Y.T., Owen D.R.J.: Numerical simulations of irregular particle transport in turbulent flows using coupled LBM-DEM, Comp. Modelling Eng. Sci. Vol. 18, 2007, pp. 87--100
• 6. Solomon P.R., Hamblen D.G., Carangelo R.M., Serio M.A., Deshpande G.V.: General model of coal devolatilization, Energy and Fuels, vol. 4, 1988, pp. 405-422
• 7. Succi S.: The Lattice Boltzmann Method for Fluid Dynamics and Beyond, Clarendon Press, Oxford 2001
• 8. Wang J., Wang M., Li Z.: A lattice Boltzmann algorithm for fluid-solid conjugate heat transfer, Int. J. Thermal Sci., vol. 46, 2007, pp. 228—234
• 9. Wurzenberger J.C., Wallner S., Raupenstrauch H., Khinast J.G.: Thermal conversion of biomass: Comprehensive reactor and particle modeling, AIChE Journal, vol. 48, 2002, pp. 2398-2411