Горение в CFD.

[Student. 0]

Здравствуйте. Хотелось бы получить какое-то "экспертное" мнение по вопросу моделирования процессов горения в CFD пакетах. Какие общие подходы к проблеме и методы решения возникающих трудностей.

Конечно можно отослать меня к замечательному "Tutorial 18", но вот экспериментальные данные говорят о его неполном соотвествии, особенно по химии. Постараюсь сформулировать основные свои вопросы:

1. Inlet и Outlet. Бытует мнение, что для сжимаемых газах в CFX следует опираться на Pressure при задании ГУ. Так ли это? Что лучше? Мass Flow на выходе? Скорости? Подскажите.

2. Модели горения. EDM? Конечных скоростей реакций? Есть мнение, что EDM дает худшие результаты по химии, нежели вторая. Тут же хотелось бы уточнить частный вопрос. В случае EDM для "горения" достаточно присутствие горючего и окислителя в контрольного объеме. Для "конечных скоростей" используются source points, но вот как влияют на результаты источники тепла в камере во время всего расчета? Или их "выключать" в Solver'e по ходу?

3.Дайте общие рекомендации.

Вообще если у кого-то появится желание и время могу скинуть свой DEF и вы укажете на основные недочеты и ошибки в расчете. Спасибо.

[dimaZ 1]

самый лучший CFD пакет для задач горения - FLUENT

а если есть глубокие знания (теоретические и практические - программирование) - то openFOAM

[_serge 24]

А MPI Fortran 90&<noindex>CUDA Fortran</noindex> еще лучше. Все можно реализовать и все до глубины понятно.

Еще интересно, что:

<noindex>Ожидаемая дата выпуска: 4 квартал 2010 года</noindex>

Лидеры: Metacomp CFD++, OpenFOAM

[Student. 0]

Хм. Что значит "самый лучший"? Это субъективно или подкреплено чем-то?

На самом деле все пакеты считают примерно одинаково-ну то есть нет явных лидеров и у всех значительные расхождения с экспериментов.

Хорошо. А что можете сказать о специфике расчета в Ansys

[a_schelyaev 366]

Существую два клана погорельцев.

Одни утверждают, что нужно как следует перемешать смесь и здесь большую роль играет сетка и модель турбулентности.

Вторые крест целуют, что они уже достигли идеального перемешивания и очень важно химическую кинетику как можно честнее разрешить в много много промежуточных реакций.

С другой стороны куда не придешь, везде очень и очень интересуются а нет ли чего еще, более честно считающего.

Полтора года назад предложил погорельцам с наших предприятий разработку функционала по моделированию горения под их задачи на базе FlowVision. Не было ни одного отказавшегося. Показательно?

А еще более показательно, что все московские ТЭЦ с точки зрения горения и образования окислов были вылизаны людьми, которые непосредственно выступали в качестве консультантов по горению, реализованном в FlowVision.

И все было сделано на банальных простых брутто-реакциях.

Уж простите за оффтоп.

А MPI Fortran 90&<noindex>CUDA Fortran</noindex> еще лучше. Все можно реализовать и все до глубины понятно.

Еще интересно, что:

<noindex>Ожидаемая дата выпуска: 4 квартал 2010 года</noindex>

Лидеры: Metacomp CFD++, OpenFOAM

Как и ожидалось, сколько нибудь значимые результаты получены на равномерной сетке, явной схеме интегрирования и простых случаях течения.

На реальных задачах ускорение двойка.

:)

[Student. 0]

Получается, что достойных результатов при, скажем, гетерогенном горении общеизвестными CFD пакетами со стандартным функционалом не получить? Печаль.

[a_schelyaev 366]

Ну может быть я чего-то современного не знаю, пусть народ еще напишет.

[sergeyd 3]

есть определенное количество FIRE TEST

c натурными замерами и CFD расчетами.

туннели, например

и FDS fluent CFX Phoenix в умелых руках вроде бы как

дают приемлемое для ПРАКТИКИ сходство с экспериментами

(для расчетов огнестойкости жб, дымоудаления и тп)

ссылок предостаточно. Сам собираюсь повторить что-нибудь

для начала.

FDS вообще признанный эталон для этого класса задач.

бесплатный, поэтому считает долго...

хотите большего или задачи у вас совершенно иные?

кстати, можно ссылочку на аналогичное в FV?

[a_schelyaev 366]

<noindex>Здесь можно найти практическое применение.</noindex>

[Bonusfrag 104]

<noindex>Здесь можно найти практическое применение.</noindex>

О! Наконец-то результаты с конференции... Всё-таки интересная задачка от РКК Энергия... Интересно, подтвердятся ли в эксперименте сливающиеся в одну струи...

[dimaZ 1]

Добавлю немного теории. Аналитически существует два класса процессов горения. в первом случае топливо и окислитель подаются раздельно - и горение происходит при их взаимодействии - это так называемое диффузионное горение (или еще наз. струйным), второй тип горения - это когда горит предварительно перемешанная топливо-окислитель смесь. В реальности любой физический процесс есть комбинация перечисленных (с доминированием какого-то одного). Тем не менее, оба вида горения можно охарактеризовать так называемой диаграммой Борги - в зависимости от двух или трех характерных чисел (чаще всего - это число Рейнольдса и число Дамкелера), которые разделяют фазовую область диаграммы на подобласти. Понятно, в настоящее время нет универсальной модели горения, кроме DNS, где это не нужно -), которая хорошо работает во всех диапазонах критериальных чисел. Поэтому, мое субъективное мнение, чем больше каталог моделей горения + моделей турбулентности + моделей радиационного теплообмена - реализованных в пакете - тем лучше. Объективно – по горению – лидирует ФЛЮЕНТ.

Химическая кинетика играет ключевую роль. Использование глобальных одношаговых или двухшаговых механизмов – это позавчерашний день. Я согласен, то что с ними можно прикинуть какие-нибудь интегральные параметры – это факт. Термальный механизм Зельдовича для образования Nox – это система ОДЕ из трех реакций – вообще решается аналитически, если интегральная температура известна -))) поэтому – это не достижение разработчиков пакетов -))) Но если вы считаете какой – либо нестационарный режим – например – срыв пламени при запуске или процесс зажигания или образование каких-либо радикалов – то там без кинетики не обойтись. Но тут, как правило, если вы используете какой-нибудь коммерческий пакет (например – фоеникс ) – вы очень сильно ограничены количеством компонент (как правило ~500 для ФЛЮЕНТА ) для кинетической схемы. Следующая проблема – это решение системы ОДУ самого кинетического механизма (непросто если у вас тысячи реакций и тысячи компонент смеси). Реализовать эффективный параллельный солвер для решения жестких систем ОДУ – не так просто.

В конечном итоге все зависит от проблемы и бюджета, выделенного на решение этой проблемы.

кстати, рекомендую ознакомиться :

<noindex>http://www.sandia.gov/TNF/9thWorkshop/TNF9.html</noindex>

воркшрп - один из наибоее авторитетных и признанных в мире .

[Student. 0]

Всем cпасибо за внимание.

Все-таки на первое время хочу разобраться с ансисовским решателем горения. К тому же в 13 воркбенче вроде как объединять с флюентом.

Ну так вот. Из пространных разговоров с теплотехниками понял, что решать необходимо какими-то "стадиями" (от четырех для углеводородных гомогенных смесей) и по хим. реакциям не из стандартной библиотеки. Прокомментируйте, пожалуйста и укажите направление изучения. Спасибо.

[Bonusfrag 104]

вот есть такой тутор по горению метана:

ht_tp://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/eng/study/pg/students/esrhaw/combustion_modelling_using_ansys_cfx.pdf

ссылку исправьте вручную, т.к. сейчас на форуме отключен переход по ссылкам.

Меня интересует там шаг 37 - константы скорости реакции:

Там странная штука Т=1500

Это что такое? Температура воспламенения? Если да, то очень большая.

Или они в закон Аррениуса подставляют в экспоненту не переменную температуру, а постоянную??

Вообще, буду очень признателен за наборы констант: энергия активации Ea + предэкспоненциальный множитель A для нескольких распространенных реакций: Метан + воздух, Пропан-Бутан + воздух, Водород + воздух.

[a_schelyaev 366]

В конечном итоге все зависит от проблемы и бюджета, выделенного на решение этой проблемы.

Собственно, с этих слов и нужно начинать все теоретизирования на тему "лучше/хуже".

Не хочется гонять 2-3 реакции, то тогда сколько нужно гонять?

500, 600, а может быть 5000?

Сколько?

Если работа строго академическая, то флаг в руки десятилетиями до пенсии считать многоходовые комбинации в рамках неравновесного подхода.

А если работу нужно сделать за месяц, то кому все это надо?

Нет, надо всем, но в то же время никто не хочет без штанов остаться при этом.

Отсюда и брутто-реакции и все остальное, что сокращает время расчета.

И пока что нареканий к газовым горелкам, которые были таким образом просчитаны такими упрощенными методами нет. Ни по ресурсу, ни по окислам на момент их проектирования.

Общался в Бельгии с ребятами, которые попробовали поймать сходимость по количеству химических реакций, чтобы вычленить основных игроков и тем самым сократить арифметические затраты. Работа пока что по прежнему чисто академическая.

[Bonusfrag 104]

Отсюда и брутто-реакции и все остальное, что сокращает время расчета.

И пока что нареканий к газовым горелкам, которые были таким образом просчитаны такими упрощенными методами нет. Ни по ресурсу, ни по окислам на момент их проектирования.

Для этого нужны нормально обкатанные константы - предэкспонента и энергия активации.

А их нет. В мануале нет. Судять по ответу с конференции - промышленность оставляет штатные, даже не задумываясь о типе топлива, для которого эти штатные константы установлены.

[a_schelyaev 366]

Промышленность работает срезая углы. Всегда.

:)

[Bonusfrag 104]

Ну вы-то не совсем промышленность, но даже в вашей публикации про горение

( ht_tp://www.tesis.com.ru/infocenter/downloads/flowvision/fv_es12_tesis3.pdf )

константы не указываются,

в мануале - одна единственная величина без указания для какого она топлива, и со ссылкой на старый журнал, которого нет в сети;

в туторе - просто ПРОПУЩЕНЫ описания полей с константами (горение природного газа), хотя все остальные параметры расписаны строчка за строчкой...

ну и потом - срезать ТАКОЙ угол, но при этом искать пульсации давления в осредненных величинах... это жестко.

[a_schelyaev 366]

Ну вы-то не совсем промышленность, но даже в вашей публикации про горение

( ht_tp://www.tesis.com.ru/infocenter/downloads/flowvision/fv_es12_tesis3.pdf )

константы не указываются,

Никогда об этом не задумывались. А надо?

в мануале - одна единственная величина без указания для какого она топлива, и со ссылкой на старый журнал, которого нет в сети;

То, что журнала нет в сети не наша забота, если честно. Ну вот нам еще не хватало вопросами обеспечения библиотеками населения заниматься.

в туторе - просто ПРОПУЩЕНЫ описания полей с константами (горение природного газа), хотя все остальные параметры расписаны строчка за строчкой...

Передал разработчикам.

ну и потом - срезать ТАКОЙ угол, но при этом искать пульсации давления в осредненных величинах... это жестко.

Сперва с турбулентностью разберись, а потом уже спичку подноси. Ибо горение есть производная от турбулентности.

[Bonusfrag 104]

Никогда об этом не задумывались. А надо?

Ну а откуда пользователям эти параметры брать? Их вот просто так сходу - в литературе - нет (скорее всего они есть, но их искать дольше, чем будет решаться задача). В мануале нет таблички рекомендованных констант для тех реакций, для которых в базе FV есть продукты горения. В своих статьях вы их тоже не пишете.

То, что журнала нет в сети не наша забота, если честно. Ну вот нам еще не хватало вопросами обеспечения библиотеками населения заниматься.

С этим согласен, но хоть минимально процитировать можно, для какой реакции эта цифирь? Не?

Я вот сегодня спецом гуглил эти константы - для брутто-реакций их, считай, нет. Зато попался справочник, в котором сотня-другая реакций реальных с константами. Можно и из него взять какую-нибудь цифирь и ссыль на справочник воткнуть - в нем выбор цифирей больше :)

И на конфе я не просто так спросил про источник константы, т.к. у меня по результату нескольких конф сложилось впечатление, что пользователи относятся к параметрам A и B как к настройкам модели горения, а не как к свойствам вещества.

Да и мануал к этому располагает - B - Параметр константы кинетической реакции. На самом деле B = Ea/R, где Ea энергия активации конкретной реакции, а R - универсальная газовая постоянная. Т.е. если про этот нюанс не знать, но B пользователи врятли найдут в литературе, т.к. искать надо Ea. Я говорю про нормальных пользователей - инженеров, не вникающих в суть численных методов.

Т.е. я вполне нормально отношусь к вашему подходу с использованием брутто-реакций (хотя мне бы надо было реакций 5 для полного счастья, а не одну - но даже то, что есть позволяет делать приемлемые оценки), но этот инженерный подход является полным, только если для этих брутто-реакций есть набор проверенных констант, которые предоставляются пользователю вместе с моделью.

PS это как недавно шумиха была - Мистрали купили, а специальных горюче-смазочных к ним не купили...

Сперва с турбулентностью разберись, а потом уже спичку подноси. Ибо горение есть производная от турбулентности.

Так разбираюсь же :) И с турбулентностью, и с горением. Там и в турбулентности-то еще куча констант настроечных...

[a_schelyaev 366]

Ну а откуда пользователям эти параметры брать?

Не понял, а общение с разработчиками запрещено что-ли?

С этим согласен, но хоть минимально процитировать можно, для какой реакции эта цифирь? Не?

Ну я обратился к разработчикам и в процессе обсуждения пришел к следующему выводу.

Горение крайне специфичная вещь и тут случайных людей нет.

Как правило все "погорельцы" способны читать формулы и понимать их. Ну, а если понимаешь формулы и видишь что они описывают, то и все коэффициенты в них около базовых соотношений, в целом, понятны.

Но обсуждение продолжается.

И на конфе я не просто так спросил про источник константы, т.к. у меня по результату нескольких конф сложилось впечатление, что пользователи относятся к параметрам A и B как к настройкам модели горения, а не как к свойствам вещества.

Ну там только один "погорелец" был - ВТИ. А они так и вообще попросили, чтобы мы им дали возможность самостоятельно настраивать всю кухню. Вплоть до подстановки некоторых эмпирических соотношений, которые они со стенда получают своего.

Да и мануал к этому располагает - B - Параметр константы кинетической реакции. На самом деле B = Ea/R, где Ea энергия активации конкретной реакции, а R - универсальная газовая постоянная. Т.е. если про этот нюанс не знать, но B пользователи врятли найдут в литературе, т.к. искать надо Ea. Я говорю про нормальных пользователей - инженеров, не вникающих в суть численных методов.

То, что ты описываешь это не численные методы. Это вообще-то уже конкретные вещи относящиеся к физическому процессу. "Погорелец" должен это понимать. Я же говорю, тут случайных людей нет и вариант с зеленой кнопкой не проходит.

Т.е. я вполне нормально отношусь к вашему подходу с использованием брутто-реакций (хотя мне бы надо было реакций 5 для полного счастья, а не одну - но даже то, что есть позволяет делать приемлемые оценки), но этот инженерный подход является полным, только если для этих брутто-реакций есть набор проверенных констант, которые предоставляются пользователю вместе с моделью.

Распиши свои реакции и шли сам знаешь кому

Текущие ограничения условные, т.к. текущие пользователи большего не просят.