Исследование влияния моделей турбулентности на результаты моделирования процессов тепломассопереноса и горения угольной пыли в закрученном потоке

Abstract

В работе представлены результаты моделирования горения пылеугольного топлива в топочной камере с вихревой горелкой на основе RANS подхода. В качестве объекта расчетного исследования выбран огневой стенд мощностью 2.4 МВт [1]. Математическое моделирование проводилось с использованием CFD-пакета ANSYS Fluent [2]. Модель включала в себя перенос излучения на основе дискретно-ординатного метода, движение частиц на основе подхода Лагранжа, горение в газовой фазе на основе гибридной модели, горение угольной частицы с использованием диффузионно-кинетического приближения. Для сравнительного анализа были выбраны модификации двухпараметрических моделей турбулентности k-ε, k–ω SST, а также модели напряжений Рейнольдса. Результаты сравнения расчетных исследований и экспериментальных данных показали, что наиболее точно процессы тепломассопереноса и горения угольной пыли в закрученном потоке описываются с использованием модели напряжений Рейнольдса.

The paper presents the results of modeling the combustion of pulverized coal in the combustion chamber with a swirl burner based on the RANS approach. As the object of the numerical study selected fire power 2.4 MW stand [1]. Mathematical modeling was carried out using CFD-package ANSYS Fluent [2]. The model included the transfer of radiation through discrete-ordinate method, the movement of particles through the Lagrange approach, the combustion in the gas phase based on the hybrid model, burning coal particles using diffusion-kinetic approach. For comparison we have chosen the modification of two-parameter models of turbulence k–ε, k–ω SST, and Reynolds stress model. The results of studies comparing the calculated and experimental data have shown that the most accurate heat and mass transfer processes and the burning of coal dust in the swirling flow are described using the Reynolds stress model.