Abstrakt

Cel: Celem tego opracowania jest sprawdzenie przydatności modelu k-ω SST do opisu procesu spalania podczas pionowego pożaru strumieniowego propanu. Symulacja pożaru strumieniowego przy pomocy obliczeniowej mechaniki płynów wiąże się z odpowiednim wyborem modelu matematycznego służącego do opisu przepływu burzliwego. Jest to o tyle ważne, że zmienne z tego modelu opisują również szybkość reakcji spalania, a więc mają wpływ na rozmiar i kształt płomienia. Dobór odpowiedniego modelu powinien być poprzedzony symulacjami wstępnymi.

Projekt i metody: Do symulacji wybrano pionowy pożar strumieniowy w warunkach bezwietrznych. Dzięki temu opracowana została dwuwymiarowa osiowosymetryczna geometria, na którą możliwe jest nałożenie dobrej siatki numerycznej. Wybrane warunki procesowe pozwoliły na stworzenie osiowosymetrycznej siatki numerycznej, której wartości świadczące o jakości uwidoczniono na wykresie przedstawiającym rozkład jakości parametru w zależności od liczby elementów, z jakich zbudowano siatkę numeryczną. Na podstawie dwuetapowego modelu reakcji spalania sprawdzono, czy obszar, w którym ułamek molowy tlenku węgla będzie miał duże wartości wpłynie na długość płomienia w wybranym modelu kinetycznym reakcji.

Wyniki: Wykonane zostały trzy symulacje pożaru strumieniowego odbywającego się w kierunku przeciwnym do działania sił grawitacji. Pozwoliły one na wyznaczenie podstawowego parametru Lf, który określa długość płomienia. Dodatkowo wyznaczona została długość drogi mieszania slift-off , która jest niezbędna do zapoczątkowania reakcji spalania. Wykonane symulacje pozwoliły na porównanie istotnych parametrów charakteryzujących płomień z parametrami obliczonymi przy pomocy korelacji zawartych w literaturze przedmiotu.

Wnioski: Porównanie wyżej wymienionych parametrów umożliwiło określenie ciekawego zakresu pracy badawczej, ponieważ wyznaczona z symulacji CFD długość drogi mieszania gazu znacząco różniła się od wartości obliczonych z korelacji. Co ciekawe, tak dużych rozbieżności między wynikami CFD a korelacjami nie zaobserwowano dla parametru Lf. Przy czym korelacje oparte o liczbę Froude’a podają nieco większe wartości długości płomienia niż wyniki symulacji CFD. Natomiast korelacja oparta o liczbę Reynoldsa podaje nieco mniejsze wartości parametru Lf niż wartości otrzymane z obliczeń CFD. Może to świadczyć o tym, że efekty związane z siłami bezwładności (liczba Re) lepiej opisują warunki procesowe niż korelacje oparte o wpływ sił bezwładności i sił ciężkości (liczba Fr).

Słowa kluczowe: pożar strumieniowy, modelowanie matematyczne, obliczeniowa mechanika płynów

Typ artykułu: doniesienie wstępne