RANS Simulation of Oxy-Natural Gas Combustion
Author
Johansen, Lars Christian
Term
4. term
Education
Publication year
2010
Pages
79
Abstract
Denne afhandling vurderer nøjagtigheden af computersimuleringer af strømning og forbrænding (CFD) med den såkaldte RANS-tilgang for oxy-fuel forbrænding af naturgas. Eksperimentelle data fra OXYFLAM-2 (IFRF) blev brugt som reference for simuleringerne. For at reducere beregningstid blev symmetri udnyttet, og der blev opbygget kvart-net af ovnen. Forbrændingskemi for oxy-naturgas blev undersøgt med ligevægtsberegninger. To reaktionsmekanismer blev overvejet: WD-mekanismen blev implementeret, mens JL-mekanismen ikke kunne køres i FLUENT på grund af en programfejl. Et forenklet numerisk brændstof kompatibelt med WD-mekanismen blev udviklet. Termisk stråling blev modelleret med en WSGGM (weighted-sum-of-gray-gases model), som er egnet under oxy-fuel forhold. Der blev gennemført CFD-simuleringer med forskellige modeller. Samlet set gav simuleringerne gode forudsigelser af hastighed og turbulens, men temperaturer blev forudsagt dårligere. Forudsigelser af kemiske stofarter havde varierende nøjagtighed. Det blev konstateret, at indløbets turbulensintensitet havde størst indflydelse på den samlede simuleringsnøjagtighed.
This thesis evaluates the accuracy of computational fluid dynamics (CFD) simulations using the Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) approach for oxy-fuel combustion of natural gas. Experimental data from the IFRF OXYFLAM-2 experiments were used to benchmark the simulations. To limit computing time, symmetry was applied and quarter furnace meshes were built. Combustion chemistry for oxy-natural gas was examined with equilibrium calculations. Two reaction-kinetics mechanisms were considered: the WD mechanism was implemented, while the JL mechanism could not be run in FLUENT due to a software error. A simplified numerical fuel consistent with the WD mechanism was developed. Thermal radiation was modeled with a weighted-sum-of-gray-gases model (WSGGM) suitable for oxy-fuel conditions. A set of CFD simulations with different models was carried out. Overall, the simulations predicted flow velocity and turbulence well, but temperature predictions were poor. Predictions of chemical species varied in accuracy across models. It was found that inlet turbulence intensity had the largest influence on overall simulation accuracy.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents