Experimentální a numerická analýza přenosu tepla na stěnách spalovací komory s difúzním hořákem

Experimental and numerical analysis of wall heat transfer in non-premixed gas combustor

journal article - other

en

Prediction of wall heat transfer in combustion chambers attracts attention of design engineers in process industry due its implications for the construction of combustors and boilers. Firstly, this paper addresses the reliability and accuracy of an experiment performed in a large-scale experimental combustion chamber equipped with staged-gas non-premixed 745 kW burner. The experiment serves as means to determine boundary conditions and validate predictions by computational fluid dynamics (CFD) software. Several accuracy issues of the used measuring gauges and instruments are discussed with focus on wall heat fluxes and stabilization of the measured data. Second part of the paper presents CFD simulations of the combustor using Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) models and validates them by the measured data. Overall model configuration, boundary conditions and key sub-models for turbulence and chemistry are summarised. Deviations of the predictions from the experiment are discussed and possible explanations are offered.

Predikce tepelných toků na stěnách spalovacích komor přitahuje pozornost inženýrů v procesním průmyslu díky svému významu pro konstrukci pecí a kotlů. Tento článek v první řadě analyzuje spolehlivost a přesnost měření provedeného ve velké experimentální spalovací komoře vybavené stupňovitým difúzním hořákem o výkonu 745kW. Experiment slouží pro zjištění okrajových podmínek a ověření predikcí pomocí výpočtové dynamiky tekutin (CFD). Je diskutováno několik otázek ohledně přesnosti měřících sond a instrumentů, zejména s ohledem na tepelné toky do stěn a stabilizaci naměřených dat. Ve druhé části článku jsou prezentovány CFD výpočty komory s využitím Navierových-Stokesových modelů turbulentního toku s Reynoldsovým průměrováním (tzv. RANS) a jsou porovnány s naměřenými daty. Je uveden stručný souhrn konfigurace moedelu, okrajových podmínek a klíčových sub-modelů pro turbulenci a chemii. Jsou diskutovány odchylky měření od experimentu a jsou vyjmenovány jejich možné příčiny.

Prediction of wall heat transfer in combustion chambers attracts attention of design engineers in process industry due its implications for the construction of combustors and boilers. Firstly, this paper addresses the reliability and accuracy of an experiment performed in a large-scale experimental combustion chamber equipped with staged-gas non-premixed 745 kW burner. The experiment serves as means to determine boundary conditions and validate predictions by computational fluid dynamics (CFD) software. Several accuracy issues of the used measuring gauges and instruments are discussed with focus on wall heat fluxes and stabilization of the measured data. Second part of the paper presents CFD simulations of the combustor using Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) models and validates them by the measured data. Overall model configuration, boundary conditions and key sub-models for turbulence and chemistry are summarised. Deviations of the predictions from the experiment are discussed and possible explanations are offered.

vířivé difúzní spalování, tepelný tok stěnou, měření, výpočty

swirling diffusion flame, wall heat flux, measurement, computations

2009

11.05.2009

1974-9791

18

1

587–592

6