Моделирование очага горения метановоздушной смеси

[preciousprotect 0]

Здравствуйте.

 

Сразу скажу, что это мой первый проект, и нет опыта моделирования чего либо.

Поэтому прошу не сильно ругать и наставить на путь истинный.

 

Возникла задача моделирования очага возгорания метановоздушной смеси на начальном этапе развития взрыва.

Предположительно фронт пламени должен представлять собой шар, распространяющийся во все стороны в свободном пространстве от источника зажигания (электрическая искра, фрикционное искрообразование и т.п.). То есть "послойная" модель, когда поток тепла и активных центров от источника зажигания инициируют химическую реакцию в ближайшем к источнику воспламенения слое горючей смеси таким образом, что этот слой сам становится источником тепла и активных центров.

В итоге нужно определить следующие основные параметры при различных исходных данных:

- спектральные характеристики продуктов горения;

- температуру очага в разные моменты времени;

- диаметр очага в зависимости от времени.

 

Возможно в дальнейшем в горючую среду потребуется добавить угольную пыль.

 

Сейчас вопрос сводится к выбору подходящей САПР. На примете пока ANSYS Fluent и FlowVision. Опыта работы нет ни там, ни там.

 

Посоветуйте, пожалуйста, с высоты богатого опыта в моделировании, в каком направлении двигаться в этой ситуации, какую САПР выбрать.

[a_schelyaev 366]

На последней конференции пользователей FlowVision у нас был большой доклад на тему моделирования взрыва на примере ТНТ и С4.

Температуру не замеряли, т.к. в эксперименте смотрели только давление во фронте ударной волны при набегании на различные препятствия.

Статью можно будет почитать в сборнике докладов конференции.

 

 

 

Тезисно: как бы вы сферу не задавали, все равно по ее объему начальное приближение будет равномерное, что не соответствует жизни. Поэтому, сходимость очень хорошая, но есть.

[Bonusfrag 104]

В итоге нужно определить следующие основные параметры при различных исходных данных:

- спектральные характеристики продуктов горения;

что имеется ввиду? оптические спектры излучения? но в эксперименте спектр снимают только для того, чтобы узнать состав (и / или температуру).

Состав вам даст любой CFD, учитывая специфику этого CFD.

В АНСИС можно столько реакций и компонент включить в кинетической схеме, сколько требуется.

Во FlowVision (пока // Саша, какие прогнозы?//) только одна реакция  A+B >> C+D  и неограниченное количество нейтралов. Для метана оптимально: O2, N2, CH4, CO2, H2O. Эту кин-схему для FV могу дать.

 

- температуру очага в разные моменты времени;

- диаметр очага в зависимости от времени.

Любой CFD даст оба параметра

 

Возможно в дальнейшем в горючую среду потребуется добавить угольную пыль.

Вероятно, это реализуется в АНСИС, но нужно иметь достаточную квалификацию, как в CFD в целом, так и в горении и программе в частности

 

Сейчас вопрос сводится к выбору подходящей САПР. На примете пока ANSYS Fluent и FlowVision. Опыта работы нет ни там, ни там.

Ансис, мне кажется, будет заставить работать на этих задачах с нуля сложнее, чем FV. Но Ансис гибче, больше опций.

Оба продукта сейчас имеют бесплатную лицензию для студентов (у FV доступ к таковой будет чуть сложнее) - посмотрите темы про студ.лицензии в темах на форуме.

 

Еще могла бы, вероятно, подойти Нюмека.... Там якобы есть какая-то бюджетная версия для студентов.

 

Для более точной рекомендации пакета подскажите ваши: ВУЗ, курс, специальность, за какое время надо сделать работу (год или два?)

Тезисно: как бы вы сферу не задавали, все равно по ее объему начальное приближение будет равномерное, что не соответствует жизни. Поэтому, сходимость очень хорошая, но есть.

автор хочет искрой поджечь метан - в одной точке из всего большого объема.

поэтому задача будет другой - не распространение ударной волны, как у вас,

а именно детонационное распространение фронта пламени.

 

И ключевым тут будет выбор и настройка кинетической схемы.

Теоретически, самое простое - просто включить Зельдовича, чтоб не париться с константами скорости реакции....

[HFL 34]

Зельдович мягко говоря начнёт со скоростью фронта детонации.

PS: а FV умеет решать жёсткие задачи ? Детонационная ячейку удаётся получить ?

[Bonusfrag 104]

Зельдович мягко говоря начнёт со скоростью фронта детонации.

PS: а FV умеет решать жёсткие задачи ? Детонационная ячейку удаётся получить ?

про первый пункт не понял.

про второй - мне кажется, что сможет. но доказывать не возьмусь.

[preciousprotect 0]

@@Bonusfrag,

 

что имеется ввиду? оптические спектры излучения? но в эксперименте спектр снимают только для того, чтобы узнать состав (и / или температуру).

 

Да, оптические спектры. Если в результате моделирования будет получен состав и температура, то этого достаточно, чтобы посмотреть спектр горения по хитрановским базам.

 

Эту кин-схему для FV могу дать

 

Я был бы очень благодарен.

 

Для более точной рекомендации пакета подскажите ваши: ВУЗ, курс, специальность, за какое время надо сделать работу (год или два?)

 

Я уже не студент, и даже не аспирант, в этом году защитил диссертацию к.т.н., но работаю в ВУЗе, поэтому найти аспиранта для получения студенческой лицензии, думаю, не проблема.

Со сроками все печальней: хотя бы какие-то данные в первом приближении должны быть получены не позднее, чем через 2 месяца. Далее, если все пойдет нормально и перспективно, планирую обстоятельно, комплексно, без суеты погрузиться в тему, чтобы получить приличные результаты.

Сейчас у меня есть пакет FV 2.5.4. Позволит ли он реализовать задуманное, или нужна третья версия? 

 

автор хочет искрой поджечь метан - в одной точке из всего большого объема. поэтому задача будет другой - не распространение ударной волны, как у вас, а именно детонационное распространение фронта пламени.

 

Спецификой моделируемого объекта является то, что детонационные процессы с образованием ударной волны там не происходят. Речь идет о дефлаграции, когда вовлечение новых порций вещества в химическую реакцию происходит путем теплопроводности и диффузии. Согласно литературе, на начальной стадии взрывное горение распространяется со скоростью до 37 м\с.

Возможно даже справедливо будет использовать модель одномерной схемы распространения и структуры горения в движущейся системе координат, точка отсчета которой неподвижна относительно волны горения, и волна горения фиксируется в пространстве, а газ движется через волну горения со скоростью ее распространения (рисунок). 

 

 

Теоретически, самое простое - просто включить Зельдовича, чтоб не париться с константами скорости реакции....

 

"включить Зельдовича" - это значит выбрать в качестве модели химической кинетики модель Зельдовича?

В моей версии FV есть еще пульсационная, кинетическая и модель Магнуссена. Какую лучше использовать для описанного выше процесса? 

[Bonusfrag 104]

Я был бы очень благодарен.

 

Основное вот тут. Конкретные настройки (коэффициенты) позднее тоже посмотрю

[a_schelyaev 366]

 

Основное вот тут. Конкретные настройки (коэффициенты) позднее тоже посмотрю

 

Нужно только внимательно посмотреть по формулам как во второй и третьей версиях скорости реакций расписаны. Сейчас нет времени смотреть детально, но там долго думали вводить ли нормирующий множитель (делитель) или нет.

 

Во второй версии горение газа построено на базе слабосжимаемой среды. В третьей версии на базе полностью сжимаемой.

Уголь во второй версии точно есть. В третьей ввели возможность, но пока не тестировали активно.

 

касаемо многоходовости реакций, то опыт прошлых лет показал, что именно для горения природного газа в горелках большего особо и не нужно. Может я чего не знаю.

[Bonusfrag 104]

 

касаемо многоходовости реакций, то опыт прошлых лет показал, что именно для горения природного газа в горелках большего особо и не нужно. Может я чего не знаю.

как минимум, надо CO до CO2 дожигать. Т.е. надо иметь 2ю реакцию.

 

мне просто говорили, что многореакционная химия в процессе разработки....  

(неограниченное кол-во реакций, Аррениус в том же виде, как в Ансис (чтоб коэффициенты-константы совпадали))

вот я подумал, что м.б. ты что-то свежее знаешь.

 

 

Нужно только внимательно посмотреть по формулам как во второй и третьей версиях скорости реакций расписаны.

при этом формула в мануале и в ПО могут не совпадать, как это было в FV3 какое-то время )) 

поэтому лучше сделать калибровку самому

[HFL 34]

про первый пункт не понял.

Это шипко умный T9 в телефоне решил меня поправить 

 

Правильно читать "наврёт" 

[Bonusfrag 104]

Человек начинает с нуля. Зельдович даст нормальную скорость для начальной оценки для случая детонации....

 

Но вот для дефлаграции не годится, конечно. Придется играться с настройкой скорости реакции. Мне это в какой-то степени удалось, но я не полностью доволен результатом.

Если посмотреть ссылку, то понятно - что там как раз распространение фронта пламени, правда по неоднородной смеси.

[a_schelyaev 366]

как минимум, надо CO до CO2 дожигать. Т.е. надо иметь 2ю реакцию.

 

мне просто говорили, что многореакционная химия в процессе разработки....  

(неограниченное кол-во реакций, Аррениус в том же виде, как в Ансис (чтоб коэффициенты-константы совпадали))

вот я подумал, что м.б. ты что-то свежее знаешь.

 

Пишем. Если все пойдет нормально, то в следующей версии будет, если не ошибаюсь.