Modelowanie z wykorzystaniem metody siatkowej Boltzmanna termomechaniki przepływu wraz z reakcjami chemicznymi

Szczegółowy opis oraz analiza termomechaniki w przepływie przez ośrodek porowaty wraz z następującym uwolnieniem składników chemicznych z ziaren ciała stałego ośrodka (reprezentujących biomasę, węgiel) zostaną zaprezentowane wraz z pierwszymi wynikami symulacji przy wykorzystaniu uproszczonego modelu odgazowania. Po wykonaniu podstawowych testów dla przepływu płynu oraz transportu ciepła, dodatkowe funkcje rozkładu zostały zaimplementowane w celu modelowania ewolucji emisji oraz transportu składników chemicznych. Koncentracja składników chemicznych (jako wynik symulacji) wyznaczona jako wynik prostych reakcji wykazuje dobrą zgodność z innymi metodami numerycznymi. Modelowanie procesu pirolizy wykonane zostało z wykorzystaniem referencyjnego odgazowania węgla dało pierwsze jakościowe wyniki, przy pewnym zauważalnym wzroście kosztów obliczeniowych. Dla wyższej dokładności oraz zmniejszenia złożoności obliczeniowej planujemy wykorzystanie uproszczonego opisu kinetyki chemicznej dla zjawiska odgazowania stałych cząstek paliwa (ciało stałe geometrii). W artykule wyjaśniono przepływ płynu z przejmowaniem ciepła przez reaktywne nośniki granulowane na poziomie reprezentatywnego elementu o objętości (REV), w tym także oddziaływania mechaniczne ziaren stałych spowodowane ich rozszerzalność cieplną.

Pełny tekst (pdf)

1. Di Rienzo A.F., Asinari P., Chiavazzo E., Prasianakis N.I., Mantzaras J.: Lattice Boltzmann model for reactive flow simulations, Eur. Phys. Lett., 98 (2012) pp. 34001.
2. Grucelski A., Pozorski J.: Lattice Boltzmann simulations of flow past an obstacle and in simple porous media, Comp. Fluids, 71 (2013) 406-416.
3. Grucelski A., Pozorski J.: Lattice Boltzmann simulation of fluid flow in porous media of temperature-affected geometry, J. Theor. Appl. Mech., 50 (2012) 193-214.
4. Grucelski A., Pozorski J.: Lattice Boltzmann simulations of heat transfer in flow past a cylinder and in simple porous media, Int. J. Heat Mass Transfer, 2014, [in review].
5. Han K., Feng Y.T., Owen D.R.J.: Numerical simulations of irregular particle transport in turbulent flows using coupled LBM-DEM, Comp. Modelling Eng. Sci. Vol. 18, 2007, pp. 87--100
6. [6] Solomon P.R., Hamblen D.G., Carangelo R.M., Serio M.A., Deshpande G.V.: General model of coal devolatilization, Energy and Fuels, vol. 4, 1988, pp. 405-422
7. Succi S.: The Lattice Boltzmann Method for Fluid Dynamics and Beyond, Clarendon Press, Oxford 2001
8. Wang J., Wang M., Li Z.: A lattice Boltzmann algorithm for fluid-solid conjugate heat transfer, Int. J. Thermal Sci., vol. 46, 2007, pp. 228—234
9. Wurzenberger J.C., Wallner S., Raupenstrauch H., Khinast J.G.: Thermal conversion of biomass: Comprehensive reactor and particle modeling, AIChE Journal, vol. 48, 2002, pp. 2398-2411