WP6 – 2MO
1.6.2018 – 30.11.2018
WP6 – Matematické modelování a numerická simulace procesů oxy-fuel spalování biomasy ve fluidní vrstvě
Cílem části výzkumu, kterou koordinuje ČVUT FJFI, je vyvinout simulační software, jenž oproti experimentu umožní rychleji a snadněji získat informace o chování zkoumaných procesů při spalování (a případně i zplyňování) ve fluidní vrstvě a efektivněji tak využít prostředky určené na experimentální výzkum.
Matematické modelování
Formulace 3D modelu fluidizace (bez spalování a přestupu tepla) na základě Eulerova -Lagrangeova přístupu. Je prováděna analýza vhodnosti použití různých přístupů a sub-modelů pro různé situace (bublající vs. cirkulující lože, různé popisy mechanické interakce pevných částic a plynu, modely turbulence). Probíhá spolupráce s řešitelským týmem WP1, v rámci níž jsou upřesňovány požadavky na funkčnost vyvíjených modelů s ohledem na řešení úkolů v rámci společného projektu (synergie počítačových simulací a experimentů). Zároveň probíhá vývoj a nastavování modelů v různých prostředích, které umožní navzájem porovnat výsledky modelů a případně přebírat vhodné mezivýsledky. Dále probíhá shromažďování dosavadních znalostí daných odbornými publikacemi pro výzkum modelu devolatilizace, difuzního hoření a přestupu tepla.
Numerické simulace
Implementace numerického řešení 3D modelu fluidizace (bez spalování a přestupu tepla). Na základě předchozích výsledků řešitelského týmu v oblasti modelování fluidního spalování pomocí metod dynamiky kontinua má řešitelský tým k dispozici několik variant numerických modelů pro simulaci fluidizace (založených na přístupu Euler-Euler) v 1D, 2D, 3D, které jsou dále modernizovány. V souvislosti s jejich provozem byly řesitelským týmem vyvinuty nástroje pro jednotnou vizualizaci výsledků a jejich snazší srovnávání. Algoritmy těchto numerických modelů slouží také pro ověřování vlastností různých variant sub-modelů (v této fázi jde zejména o různé popisy výměny hybnosti plynu a pevných částic, vliv modelů turbulence, rozdíly v chování sub-modelů při různých režimech proudění a podobně). Pro potřeby srovnání jednotlivých vyvíjených modelů v kontextu spalování v režimu oxy-fuel byla vybrána konkrétní experimentální konfigurace daná odbornými publikacemi s geometrií spalovací komory a nastavením všech parametrů odpovídajícím vlastnostem vícefázového proudění v režimu oxy-fuel spalování (počáteční a okrajové podmínky zahrnující nastavení teploty, složení plynu, vlastností částic, fluidizační rychlosti atd.). Tato konfigurace je nastavena v několika variantách pro různé používané řešiče. Dále probíhá ladění a provoz paralelního simulačního algoritmu na systémech vysoce výkonného počítání.
Publikační činnost
- Strachota et al.: Numerical Simulations of Fluidization for Application in Oxyfuel Combustion, in preparation for submission to Discrete and Continuous Dynamical Systems Series S, 2018
- Beneš et al.: Computational Studies of Fluidized-Bed Flow in the Stokes Regime, in preparation for submission to International Journal for Numerical Methods in Engineering (or similar), 2018