Горение в CFD.

[a_schelyaev 368]

Ну средневшивую температуру обычно все погорельцы для своих изделий могут назвать.

[BadArtem 9]

По балансу энтальпий можно с достаточной степенью точности рассчитать только бедные топливом смеси.

Если же смесь богатая топливом или ожидаемая температура продуктов сгорания высокая этот способ даст завышенную на 100-300 К температуру (для топлива метан+воздух).

Причины тому разные: для богатой топливом смеси мы не знаем с чем соединится кислород, для высокой температуры необходимо учитывать реакции диссоциации.

 

Решение этого вопроса - использовать программы для расчёта термодинамического равновесия. Я использую ASTRA.

 

Скачать ASTRA можно отсюда: http://www.lpre.de/resources/software/index.htm

Неплохой обзор здесь - http://gbelov.tripod.com/index_ru.html

 

С уважением, Артём Бадерников

[Bonusfrag 104]

С уважением, Артём Бадерников

Возможно, Вы подскажете, какая программа позволяет получить теплопроводность простых веществ для высоких (10кК+) температур с учетом ионов? 

[Bonusfrag 104]

Немного конкретизирую:

На картинке теплопроводность из статьи уважаемых ученых (с учетом ионов), а также данные из FlowVision и аналога Астры (в ней 100% без учета ионов).

Разница при температуре, которая меня интересует (3000 и выше) очень существенная...

Добавлю, что на красной кривой нет пика при 15000К (и последующих), соответствующего ионизации...

[BadArtem 9]

К сожалению, квалифицировано подсказать не смогу. Моя область работы - горение в камерах сгорания ГТД.

Возможно, стОит задать этот вопрос специалистам фирмы "Кинтех Лаб". Их продукт Chemical Workbench весьма продвинутый.

С уважением, Артём

[Bonusfrag 104]

Посмотрел я этот туториал.

Мягко говоря, вызывает вопросы. Жёстче говоря, написан бред - выбросить его и использовать туториал CFX.

Претензии следующие:

Геометрия:

1) нет никакой необходимости делать шар в расчётной области, чтобы задать там температуру для воспламенения смеси.

2) Для этого можно использовать:

-точечный источник энергии, если исследуется диффузионнное горение (его потом отключаем в процессе расчёта)

-начальное приближение с высокой (2000К) температурой в зоне где должно гореть, в случае заранее перемешанной топливной смеси.

Химическая реакция:

1) В CFX есть библиотека химических реакций. Константы для них взяты не с потолка, а из серьёзных источников например "Lawrence Livermore National Laboratory". Зачем надо было лепить свои данные - непонятно.

2) Автор этого туториала не слишком здорово разбирается в базовых вещах, например что такое "порядок реакции". Он задаёт их для CH4 = 1, а для O2 =2, ориентируясь на стехиометрический коэффициент. Это неправильно. Для брутто-реакции, которая является радикальным упрощением многостадийной химической реакции порядок реакции для каждого вещества часто оказывается дробным.

В CFX например для CH4=-0.3 для O2=1.3

3) С температурой 1500 та же беда: это beta - is the temperature exponent в уравнении Аррениуса

Обычно эта величина находится в диапазоне +-10 (часто равна нулю). В любом случае - не 1500!

Техника дела:

1) Оригинально заданы настройки для горения: вместо одного вещества - реагирующей смеси, напрямую задаются вещества входящие в реакцию. CFX в этом случае будет решать уравнения для многофазной смеси (появляются вкладки настройки Fluid Pair Models, коэффициент поверхностного натяжения и т.п.). Прямое следствие этого - в граничных условиях приходится задавать Volume fraction, вместо привычной Mass fraction.

2) Эти настройки не позволяют включить стандартные модели горения, имеющиеся в CFX.

В общем, Make me unsee it! Чего и вам желаю.

С уважением, Артём Бадерников

Артем, скажите пожалуйста, в CFX в интерфейсе константа А задается для Аррениуса, записанного для концентраций?

Но при этом реально уравнение решается для массовой доли? 

Если от концентрации переходить к массовой доле, то получится плотность в степени a+b (reaction order для топлива + reaction order для окислителя),

также там всплывут молярные массы в степенях. Вопрос - CFX всё это честно  оставляет? 

[BadArtem 9]

Доброго времени суток!

константа А задается для Аррениуса, записанного для концентраций? - да, для molar concentration

Но при этом реально уравнение решается для массовой доли? - мы не знаем, как реально решается уравнение, но в документации написано "для массовой доли".

 

Если я правильно всё понимаю, размерность предэкспонециального коэффициента зависит от порядка реакции

В итоге, скорость реакции Rk всегда имеет размерность [mol*m^-3*s^-1]

После этого, Rk домножается на молярную массу W [g/mol] и в результате получаем размерность S [g*m^-3*s^-1].

Это соответствует размерности уравнения переноса, записанного для массовой доли.

 

С уважением, Артём

Изменено 27 марта 2014 пользователем BadArtem

[Bonusfrag 104]

Спасибо за ответ.

 

Да, выглядит удобно. Пользователь задает все константы в общепринятом виде (в формате для концентраций)

и затем выражение в формате "как есть" переходит в уравнение для массовой доли.

Т.е. просто концентрация выражается через массовую долю, молярную массу и плотность.

В результате молярные массы и плотность могут оказаться в нецелых степенях в уравнении.

 

Если считать, что есть только одна прямая реакция [F] + [O] -> [P]

то получается, как в формулах 1-4a.

 

А я тут выяснил, что в коде, которым пользуюсь, мало того, что все молярные массы в степенях засунуты в константу, так еще и плотность строго в квадрате (см. 4b).

 

Такие дела...