Modelowanie spalania paliw gazowych w komorach grzewczych metodą DRGEPSA

• Autorzy: Musiał D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/24.2018.12.2

Warianty tytułu

EN

Modeling of gaseous fuels combustion in heating chambers using the DRGEPSA method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono możliwości użycia uproszczonych mechanizmów szkieletowych otrzymanych metodą redukcji DRGEPSA (Directed Relation Graph with Error Propagation and Sensitivity Analysis) do symulacji procesów spalania paliw gazowych w komorach grzewczych. Zasadność budowy uproszczonych mechanizmów, wiarygodnie odzwierciedlających analizowany proces, podyktowana jest problemami jakie pojawiają się w symulacjach CFD wykorzystujących mechanizmy globalne lub mechanizmy szczegółowe. Mechanizmy szkieletowe otrzymano redukując dwa mechanizmy szczegółowe Gri-Mech 3.0 oraz Konnov 0.6. Mechanizmy zoptymalizowano dla reaktora idealnego mieszania PSR zakładając: parametry stałe (p = 1 bar, T_in = 298 K) oraz parametry zmienne (τ = 0,5-100 ms, ϕ = 0,6-1,3). Opracowany mechanizm szkieletowy RKM_Konnov 0.6 wykazywał w każdym z rozpatrywanych przypadków większą zgodność z wynikami otrzymanymi podczas badań na stanowisku eksperymentalnym, podobnie jak mechanizm Konnov 0.6, aniżeli mechanizmy Gri-Mech. Oba mechanizmy Gri-Mech 3.0 oraz RKM_Grimch 3.0 wykazywały wyższe wartości w porównaniu do danych eksperymentalnych, co szczególnie było eksponowane w przypadku udziałów objętościowych NO.

EN

The article presents the possibilities of using simplified skeletal mechanisms obtained by the DRGEPSA (directed relation graph with error propagation and sensitivity analysis) reduction method to simulate the combustion processes of gaseous fuels in heating chambers. The reasonability of building simplified mechanisms, reliably reflecting the analyzed process, is dictated by problems that appear in CFD simulations using global or detailed mechanisms. Skeletal mechanisms were obtained through reduction of two specific mechanisms Gri-Mech 3.0 and Konnov 0.6. Mechanisms were optimized for the perfectly-stirred reactor (PSR) assuming: constant parameters (p=1 bar, T_in=298 K) and variable parameters (τ = 0,5-100 ms, ϕ = 0,6-1,3). The developed RKM_Konnov 0.6 skeletal mechanism showed in each case greater consistency with the results obtained during the experimental test, as well as the Konnov 0.6 mechanism. Both Gri-Mech 3.0 and RKM_Gri-Mech 3.0 mechanisms showed higher values compared to the experimental data, which was particularly exhibited in the case of NO shares in volume flow.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie spalania paliw gazowych; mechanizm szkieletowy; metoda redukcji DRGEPSA

EN

modeling of gaseous fuels combustion; skeletal mechanism; DRGEPSA reduction method

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 85, nr 12
• Strony: 417--420
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Musiał D.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Pieców Przemysłowych i Ochrony Środowiska, ul. A. Krajowej 19, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Bialik, W., Gil, S. and Mocek, P. 2009. Predykcja CFD procesów emisji zanieczyszczeń gazowych w wysokotemperaturowych komorach spalania. Czasopismo Techniczne. Środowisko. 106, 3 (2009), 3–12.
• [2] Casal, J.M., Porteiro, J., Míguez, J.L. and Vázquez, A. 2015. New methodology for CFD three-dimensional simulation of a walking beam type reheating furnace in steady state. Applied Thermal Engineering. 86, (2015), 69–80. DOI:https://doi.org/10.1016/j.appltherma-leng.2015.04.020.
• [3] Ennetta, R., Hamdi, M. and Said, R. 2008. Comparison of different chemical kinetic mechanisms of methane combustion in an internal. Thermal Science. 12, 1 (2008), 43–51. DOI:https://doi.org/10.2298/ TSCI0801043E.
• [4] GRI-Mech: 1999. www.me.berkeley.edu/gri_mech/. Accessed: 2017-09-03.
• [5] Han, S.H., Baek, S.W., Kang, S.H. and Kim, C.Y. 2007. Numerical analysis of heating characteristics of a slab in a bench scale reheating furnace. International Journal of Heat and Mass Transfer. 50, 9–10 (2007), 2019–2023. DOI:https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstrans-fer.2006.10.048.
• [6] Hu, X., Yu, Q., Li, Y. and Liu, J. 2016. A minimal skeletal mechanism for combustion of CH4 /O2 /CO2 mixtures. Energy Fuels. 30, 2 (2016), 1407–1414. DOI:https://doi.org/10.1021/acs. energyfuels.5b02575.
• [7] Khanafer, K. and Aithal, S.M. 2011. Fluid-dynamic and NOx computation in swirl burners. International Journal of Heat and Mass Transfer. 54, 23–24 (2011), 5030–5038. DOI:https://doi.org/10.1016/j. ijheatmasstransfer.2011.07.017.
• [8] Kim, J.P., Schnell, U. and Scheffknecht, G. 2008. Comparison of different global reaction mechanisms for MILD combustion of natural gas. Combustion Science and Technology. 118, 4 (2008), 565–592.
• [9] Konnov, A.A. 2009. Implementation of the NCN pathway of prompt-NO formation in the detailed reaction mechanism. Combustion and Flame. 156, 11 (2009), 2093–2105. DOI:https://doi.org/10.1016/j. combustflame.2009.03.016.
• [10] Marinov, N.M., Westbrook, C.K. and Pitz, W.J. 1995. Detailed and global chemical kinetics model for hydrogen.
• [11] Monaghan, R.F.D., Tahir, R., Bourque, G., Gordon, R.L., Cuoci, A., Faravelli, T., Frassoldati, A. and Curran, H.J. 2014. Detailed emissions prediction for a turbulent swirling nonpremixed flame. Energy and Fuels. 28, 2 (2014), 1470–1488. DOI:https://doi.org/10.1021/ ef402057w.
• [12] Niemeyer, K.E., Sung, C. and Raju, M.P. 2010. Skeletal mechanism generation for surrogate fuels using directed relation graph with error propagation and sensitivity analysis. Combustion and Flame. 157, 9 (2010), 1760–1770. DOI:https://doi.org/10.1016/j.combust-flame.2009.12.022.
• [13] Prieler, R., Mayr, B., Demuth, M., Holleis, B. and Hochenauer, C. 2016. Transfer prediction of the heating characteristic of billets in a walking hearth type reheating furnace using CFD. International Journal of Heat and Mass Transfer. 92, (2016), 675–688. DOI:https://doi. org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.08.056.
• [14] Wang, L., Liu, Z., Chen, S. and Zheng, C. 2012. Comparison of different global combustion mechanisms under hot and diluted oxidation conditions. Combustion Science and Technology. 184, (2012), 259–276. DOI:https://doi.org/10.1080/00102202.2011.635612.
• [15] Ziauddin, M., Balakrishna, A., Vlachos, D.G. and Schmidt, L.D. 1997. Ignition of Methane Flames in Oxygen Near Inert Surfaces : Effects of Composition , Pressure , Preheat , and Residence Time. Combustion and Flame. 110, 3 (1997), 377–391.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).