Eksperimentalno podprt numerični model za simulacijo zgorevanja lesnih pelet v mali kurilni napravi : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2022

Disertacije   eksperimentalno delo   empirični modeli zgorevanja   fiksna rešetka   Lesni peleti   male kurilne naprave   meritve emisij   meritve procesnih parametrov   računalniška dinamika tekočin (RDT)   temperatura zgorevanja   Univerzitetna in visokošolska dela   Zgorevanje

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

Komercialni toplovodni kotel na lesene pelete je bil konstrukcijsko spremenjen tako, da je bilo mogoče izvajati merjenje procesnih parametrov tekom obratovanja. Med eksperimentalno preiskavo je bilo izmerjenih in zabeleženi več vitalnih procesnih parametrov: (1) osnovni parametri delovanja kotla, kot so temperatura hladilne vode, pretok hladilne vode, temperatura dimnih plinov in dovajanje goriva, (2) emisije snovi, tj. koncentracije več vrst snovi v dimnih plini, (3) temperature zgorevanja in dimnih plinov v zgorevalni komori in (4) pretoki zračnih tokov, ki so vstopali v zgorevalno komoro. Rezultati eksperimentalnega dela so služili vzpostavitvi in validacijo numerične simulacije zgorevanja. V tem delu je modeliranje zgorevanja izvedeno z uvedbo dvosmerne izmenjave med modelom pretvorbe sloja goriva in simulacijo zgorevanja plinske faze. Pretvorba trdnega goriva je modelirana z empiričnim 1D modelom gorivne plasti, ki je odvisen od izmerjenih obratovalnih parametrov, lastnosti goriva in empiričnega opisa procesa pretvorbe trdnega goriva. Numerično sta bila raziskana dva primera. Primer A je predstavnik »šibke« strategije stopenjskega dovajanja zraka, primer B pa »močne« strategije. Rezultati so pokazali da so temperature napovedane z RDT so sledile enakemu trendu kot izmerjene vrednosti, čeprav so bile v povprečju previsoke. RDT napovedi emisij CO so pokazale enak trend kot meritve, vendar je bilo pri prehodu s šibke na močno strategijo zgorevanja po stopnjah, napovedana za 69 % nižja redukcija v primerjavi z izmerjeno redukcijo CO. RDT napovedi emisij NO so pokazale enak trend kot meritve, vendar je bilo pri prehodu s šibkega na močno strategijo zgorevanja po stopnjah, napovedana za 10 % višja redukcija v primerjavi z izmerjeno redukcijo NO. Kljub preveliki napovedi temperature, ob upoštevanju pristopa inženirskega modeliranja s številnimi poenostavitvami in neznankami, lahko natančnost napovedi emisij štejemo za zadostno za inženirske namene. Predstavljeni pristop modeliranja bi tako lahko uporabili za vrednotenje novih procesnih parametrov, geometrijskih zasnov in konfiguracij šob za dovod SZ.

08.08.2023