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Strömungsmechanik
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Verbrennung und reaktive Strömungen mit Ansys Fluent

Übersicht

Seminar Experte

Lernen Sie, Verbrennungsvorgänge mit CFD zu modellieren, realitätsnah vorherzusagen und weiterzuentwickeln. Diese Schulung wird als 3-tägiges Seminar angeboten.

Dauer
3 Tage

Voraussetzungen
Grundwissen in Ansys Fluent

Verwendete Software
Ansys CFD

Nutzen
  • Verbrennungsprozesse im Detail verstehen und beeinflussen
  • Chemische Modelle aufgabenspezifisch auswählen
  • Virtuelle Messsensoren auch an unzugänglichen Stellen
  • Saubere Verbrennung: Entwicklung von Schadstoffen reduzieren

Beschreibung

Verbrennungsprozesse beinhalten vielfältige physikalische Phänomene, die interagieren und sich gegenseitig beeinflussen. Modellierung und Simulation von Verbrennungsvorgängen mit Hilfe der Computational Fluid Dynamics (CFD) bieten eine schnelle, kostengünstige Erweiterung zu Experimenten, um zum Beispiel neues Equipment auszulegen. Dabei können sehr detaillierte Informationen auch an Stellen erzielt werden, die im Experiment nicht zugänglich sind. Zu den weiteren Vorteilen der Verbrennungssimulation gehören die Vorhersage von Schadstoffentwicklung und die Optimierung von Apparaten.

In der Schulung lernen Sie Verbrennungsprozesse im Detail zu verstehen und zu beeinflussen. Mit Hilfe der Simulation platzieren Sie virtuelle Messsensoren an beliebigen Stellen. Je nach Aufgabenstellung können Sie aus unterschiedlichen Modellen zu Beschreibung der Chemie auswählen und den Ablauf Ihrer Verbrennung verbessern, um zum Beispiel Schadstoffe zu reduzieren.

Das Seminar richtet sich an fortgeschrittene Anwender die Vorkenntnisse über CFD besitzen und ihr Wissen in reagierender CFD Strömung vertiefen möchten.

Detaillierte Agenda für diese 3-tägige Schulung

Tag 1

01 Grundlegende Begriffe reagierender Strömungen

  • Wichtige Kenngrößen: Stöchiometrie, Reaktionsrate, chemisches Gleichgewicht, Dammköhler-Zahl, Diffusionsflamme, vorgemischte Verbrennung
  • Referenzen auf gängige Literatur
  • Software-Hilfe sicher nutzen
  • Workshop: Einfache globale Reaktion: Methanverbrennung in einer Brennkammer

02 Stofftransport, detaillierte Chemie und Turbulenz-Chemie-Interaktion

  • Detaillierte Beschreibung chemischer Reaktionen: Vor- und Nachteile
  • Turbulente Durchmischung
  • Schnelle Reaktionen: Eddy Dissipation Modell
  • Modell-Setup
  • Workshop: Eddy Dissipation Modell für die Simulation einer 300 KW Brennkammer

03 Chemie mit endlichen Reaktionsraten (Finite-Rate Model)

  • Beschreibung langsamer Chemie: Laminar Finite Rate, Eddy Dissipation Concept (EDC)
  • Lösungsmethoden und Beschleunigungsverfahren für detaillierte Reaktionsmechanismen
  • Plausibilitätsprüfung der Simulationsergebnisse (adiabatische Flammentemperatur, Quellterm für Reaktionswärme)
  • Hinweise/Best Practice für die Netzerstellung: Wie fein muss man auflösen?
  • Workshop: Simulation der Verbrennung eines Methan-Luft-Gemisches in einem konischen Reaktor

04 Rechenzeit bei großen Reaktionsmechanismen reduzieren

  • Erweiterter Workshop: Detaillierte Modellierung der Sandia-D-Flamme mit mehr als 300 Reaktionen
  • Vergleich zwischen Finite-Rate und Eddy-Dissipation Modell
  • Anwendung des Lösers für steife Chemie (Stiff-Chemistry-Solver)
  • Beschleunigungsverfahren für eine schnellere Berechnung der Verbrennung praktisch anwenden

Tag 2

05 Simulation von turbulenten Diffusionsflammen

  • Was sind Diffusionsflammen?
  • Modellierung basierend auf der Brennstoff-Oxidationsmittel-Mischung (Mischungsbruch)
  • Nicht adiabatische Systeme und Wärmeverluste
  • Rechenzeit gewinnen durch das Konzept der Chemie-Tabellierung
  • Workshop: Flamelet-Methode zur Berechnung mit einem detaillierten chemischen Reaktionsmechanismus

06 Vorgemischte und teilweise vorgemischte Verbrennung

  • Vorteile vorgemischter Verbrennung
  • Maß für den Verbrennungsfortschritt: C-Gleichung (Fortschrittsvariable)
  • Teilweise vorgemischte Flammen
  • Rechenzeit gewinnen durch Flamelet Generated Manifold (FGM)
  • Workshop: Vorgemischte Verbrennung in einer konischen Kammer unter Verwendung des Zimont-Modells

07 Verbrennung flüssiger Brennstoffe

  • Discrete Particle Model (DPM) im Überblick
  • Verdampfung von Tropfen
  • Mischungsvorbereitung für optimale Verbrennung
  • Homogenisierung der Mischung und Temperaturverteilung
  • Workshop: Flüssigbrennstoff-Verbrennung mit dem vorgemischten Flammen-Modells

08 Sprayverbrennung in komplexer Konfiguration

  • Erweiterter Workshop: Anwendung von DPM in der Verbrennungssimulation
  • Phasenübergang mit DPM und Gemischbildung
  • Teilweise vorgemischte Sprayverbrennung
  • Anwendung in komplexer Geometrie (Co-axiale Brennkammer)
  • Erstellung einer FGM-Tabelle für die Verbrennung

Tag 3

09 Oberflächenreaktion und Verbrennung fester Partikel

  • Pyrolyse von festen Brennstoffen
  • Verbrennung von festen Partikeln
  • Absorption und Desorption von Stoffen
  • Validierung der Verbrennungssimulation
  • Modell-Setup
  • Workshop: Katalytische Verbrennung von Methan mit Oberflächenreaktionen an Wänden

 

10 Strahlung in der Verbrennung

  • Bedeutung und Abschätzung der Strahlungseffekte
  • Quantifizierung: Strahlungsintensität und Strahlungswärmefluss
  • P1-Strahlungsmodell
  • DO-Strahlungsmodell
  • Absorption der Strahlungsenergie in der Brenngas-Mischung: Wichtige Materialeigenschaften
  • Modell-Setup
  • Workshop: Simulation einer Flamme unter Berücksichtigung der Strahlung

11 Schadstoffbildung und Schadstoffreduktion

  • Simulationsbasierte Abschätzung der Schadstoffbildung (NOx, SOx)
  • NOx-Bildungsmechanismen
  • Methoden zur Vermeidung und Reduzierung von NOx
  • SOx-Ermittlung im Postprocessing
  • Abbildungsmethoden für Ruß
  • Konzentrationsverteilung von Schadstoffen ermitteln
  • Workshop: Simulation der NOx-Reduzierung durch Urea-Injektion (SNCR)

 

12 Simulation der Verbrennung fester Brennstoffe

  • Erweiterter Workshop: DPM für die Verbrennung von Partikeln
  • Verbrennung von Kohle: Trocknung, Pyrolyse und heterogene Oxidation
  • Detaillierte Beschreibung der Chemie (6 Reaktionen und 7 Stoffe)
  • Aufbau des Modells und Lösereinstellungen
  • Postprozessing der Ergebnisse
  • Überblick über ergänzende Werkzeuge: Chemkin-Pro (Reaction Design), Model Fuel Library

Ihre Referenten

Dr.-Ing. Mouldi Chrigui
Consultant, CADFEM Afrique du Nord s.a.r.l.

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Bereichsleiter Professional Development
Dr.-Ing. Marold Moosrainer