Flow simulation of central-jet and venturi burner

Abstract

Diplomityön teoreettisessa osassa selvitettiin laskennallisen virtausdynamiikan luotettavuuteen vaikuttavia epävarmuustekijöitä ja sen varmentamiseen tarvittavia toimenpiteitä. Ensiarvoisen tärkeää olisi vakiinnuttaa kansainvälisesti ainakin tärkeimmät varmentamiseen liittyvät käsitteet ja standardoida varmentamisprosessi. Virtausdynaamisista, laskennallisista, erityisesti kokeellisesta virtausdynamiikasta johtuvista ja käyttäjälähtöisistä syistä syntyviä epävarmuustekijöitä voidaan pyrkiä eliminoimaan varmennusprosessissa, jossa verifiointi arvioi simulointimallin ja simulointituloksien tarkkuuden ja validointi todentaa niiden sisällöllisen paikkansapitävyyden. Käytetyt menetelmät ovat yleensä vastaavasti herkkyysanalyysi ja vertaaminen kokeelliseen dataan. Luotettavuuden arvioiminen tulee aina tehdä simuloinnin käyttötarkoituksen näkökulmasta ja sen tavoitteena tulee olla luotettavat simulointitulokset, joiden yhteydessä samalla ilmaistaan aina numeerisesti niiden tarkkuus ja sovellutusalue.

Työn kokeellisessa osassa simuloitiin PHOENICS mallinnusohjelmiston versiolla 2.2 tarkoilla geometrioilla toteutettujen keskeissuihku- ja venturityyppisten rikastepoltinten virtaus- ja suspensionmuodostumiskäyttäytymistä. Saatujen virtauskuvioiden ja suspensiotiheyksien havaittiin poikkeavan sekä eri poltintyypeillä että käytetyillä 10 ,µm, 20 µm, 36 µm, 50 µm ja 74 µm partikkelikoilla toisistaan vain yllättävän vähän ja pääasiassa lähellä reaktiokuilun keskiakselia ja polttimia. Venturipolttimella simuloidut kaasun virtausnopeudet olivat kuitenkin moninkertaiset keskeissuihkupolttimeen verrattuna. Keskeissuihkupolttimella hajotusilman vaikutus rikasteen horisontaalinopeuksiin väheni partikkelikoon kasvaessa. Pienemmän partikkelikoon havaittiinkin kummallakin poltintyypillä hiukan tehostavan suspension muodostumista. Keskeissuihkupoltin levitti suspensiota polttimen lähialueella hiukan venturipoltinta enemmän.