TY - THES

T1 - Unsteady Laminar Flamelet Modellierung zur Beschreibung von Mündungsmischbrennern

AU - Spijker, Christoph

N1 - gesperrt bis null

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Turbulente Mündungsmischbrenner kommen in der Industrie in den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz. Diese können mit Hilfe diverser Verbrennungsmodelle unter Anwendung einer CFD (computational fluid dynamics) Software abgebildet werden. Eines dieser Verbrennungsmodelle ist das so genannte Flameletmodell. Bei der Erstellung einer solchen Brennersimulation, gibt es sehr viele Parameter welche einen Einfluss auf das Ergebnis und die Rechenzeit haben. Um den Einfluss dieser Parameter auf das Ergebnis beurteilen zu können, müssen diese mit den Messwerten einer Flamme verglichen werden. Für die Sandia Flamme D, der Sandia National Laboratories, sind das Temperaturfeld, die chemische Zusammensetzung, sowie die Strömungsverhältnisse bekannt. In dieser Arbeit wird zuerst der Einfluss der Diskterisierungsverfahren und des Turbulenzmodells auf die Rechenergebnisse untersucht. Mit diesen Erkenntnissen wird im Anschluss das Rechennetz für die Sandia Flamme D optimiert. Da Flammen hohe Temperaturen entwickeln, muss die Flammenstrahlung ebenfalls untersucht werden. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit zwei Strahlungsmodelle, das DO und das DTRM Modell, sowie die Beschreibung der Absorptionskoeffizienten des Gasgemischs mit dem WSGGM Modell untersucht. Um die sich langsam bildenden Moleküle wie Stickoxide modellieren zu können wird das NOX Postprocessing und das Unsteady Flamelet Postprocessing betrachtet. Da es für einige Industrien wirtschaftliche Vorteile bietet, wenn man den Brennstoff Erdgas durch Kokereigas ersetzt, wird ein Reaktionsmechanismus für Kokereigas erstellt und eine Kokereigasflamme untersucht. Grundsätzlich ist das Flameletmodell von der Genauigkeit und dem Rechenaufwand für die Berechnung von Flammen und industriellen Öfen geeignet. Jedoch ist eine qualitative Vorhersage der Stickoxide mit den in dieser Arbeit untersuchten Reaktionsmechanismen nicht möglich. Hier sollten noch weitere Studien über einen detaillierten Stickoxid Mechanismus erfolgen. Bei der Substitution von Methan durch Kokereigas, bei gleichem Volumenstrom, ergibt sich eine um ca. 20% kürzere und schmalere Flamme aufgrund des geringeren Brennwerts und dem Sauerstoffgehalts im Brennstoff des Kokereigases.

AB - Turbulente Mündungsmischbrenner kommen in der Industrie in den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz. Diese können mit Hilfe diverser Verbrennungsmodelle unter Anwendung einer CFD (computational fluid dynamics) Software abgebildet werden. Eines dieser Verbrennungsmodelle ist das so genannte Flameletmodell. Bei der Erstellung einer solchen Brennersimulation, gibt es sehr viele Parameter welche einen Einfluss auf das Ergebnis und die Rechenzeit haben. Um den Einfluss dieser Parameter auf das Ergebnis beurteilen zu können, müssen diese mit den Messwerten einer Flamme verglichen werden. Für die Sandia Flamme D, der Sandia National Laboratories, sind das Temperaturfeld, die chemische Zusammensetzung, sowie die Strömungsverhältnisse bekannt. In dieser Arbeit wird zuerst der Einfluss der Diskterisierungsverfahren und des Turbulenzmodells auf die Rechenergebnisse untersucht. Mit diesen Erkenntnissen wird im Anschluss das Rechennetz für die Sandia Flamme D optimiert. Da Flammen hohe Temperaturen entwickeln, muss die Flammenstrahlung ebenfalls untersucht werden. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit zwei Strahlungsmodelle, das DO und das DTRM Modell, sowie die Beschreibung der Absorptionskoeffizienten des Gasgemischs mit dem WSGGM Modell untersucht. Um die sich langsam bildenden Moleküle wie Stickoxide modellieren zu können wird das NOX Postprocessing und das Unsteady Flamelet Postprocessing betrachtet. Da es für einige Industrien wirtschaftliche Vorteile bietet, wenn man den Brennstoff Erdgas durch Kokereigas ersetzt, wird ein Reaktionsmechanismus für Kokereigas erstellt und eine Kokereigasflamme untersucht. Grundsätzlich ist das Flameletmodell von der Genauigkeit und dem Rechenaufwand für die Berechnung von Flammen und industriellen Öfen geeignet. Jedoch ist eine qualitative Vorhersage der Stickoxide mit den in dieser Arbeit untersuchten Reaktionsmechanismen nicht möglich. Hier sollten noch weitere Studien über einen detaillierten Stickoxid Mechanismus erfolgen. Bei der Substitution von Methan durch Kokereigas, bei gleichem Volumenstrom, ergibt sich eine um ca. 20% kürzere und schmalere Flamme aufgrund des geringeren Brennwerts und dem Sauerstoffgehalts im Brennstoff des Kokereigases.

KW - Flamelet CFD Brenner

KW - Flamelet CFD non premixed combustion

M3 - Masterarbeit

ER -