УДК 004.942
Возможности применения программных комплексов FLUENT и FIRE 3D для моделирования процессов сжигания топлива
Филиал КузГТУ в г. Белово
Научный руководитель – к. т.н., доц. ,
ст. преп.
В настоящее время экономически выгодным и доступным для конструирования или реконструкции агрегатов различного назначения является компьютерное моделирование, которое позволяет заменить физический эксперимент более дешевым компьютерным.
Современным и универсальным программным комплексом, предназначенным для моделирования технологических процессов, является FLUENT. Пакет FLUENT использует различные модели горения и течений, что позволяет моделировать установившиеся или нестационарные течения во всех скоростных режимах, 2D и 3D потоки, взаимодействие между газом и жидкостью, моделировать жидкое распыление топлива, теплоперенос, вычислять траектории частиц и др. Результаты моделирования применяются для получения сведений, необходимых для предпроектной проработки технических вариантов, апробации мероприятий по реконструкции и тестированию наладочных мероприятий, а также позволяют понять физические эффекты, наблюдаемые на экспериментальных установках [1].
Использование неструктурированной сеточной технологии требует специальной подготовки сеток для рассматриваемых задач. Поэтому совместно с программой FLUENT поставляются средства – GAMBIT, TGrid и G/Turbo, в которых генерируются подвижные (деформируемые), перестраиваемые, а также неконформные сетки. Это дает возможность создавать как 2D, так и 3D модели.
Понятный пользовательский интерфейс FLUENT и GAMBIT позволяет облегчить процесс построения сложных неструктурных сеток и провести на них численные расчеты. Мощный вычислительный блок FLUENT сокращает время численных расчетов, гарантирует устойчивость решения и точные результаты.
Результаты могут быть представлены в числовом и графическом виде, позволяющем провести анализ полученных расчетных данных, а также наглядно увидеть протекание исследуемого процесса.
Еще одним доступным пакетом, предназначенным для численного моделирования, а также визуализации результатов расчетов характеристик течений и теплообмена в технических устройствах, является предложенный в ТПУ пакет программ Fire 3D.
Fire 3D состоит из трех приложений:
- Mesh Creator – применяется для генерирования сеток 3D моделей,
- Flow Searcher – позволяет выполнить расчеты турбулентных течений с возможностью применения двухфазного метода для газа и частиц угля для расчета коэффициента шлакоулавливания,
- Data Vision - для наглядного представления результатов численных расчетов.
Программа расчета Flow Searcher применяет технологию «текстовой консоли», со стандартными графическими элементами управления Windows. Консоль содержит специальные команды управления приложением и позволяет по очереди выполнять несколько вариантов расчетов без вмешательства пользователя.
Благодаря наличию элементов управления Win32, намного проще управлять процессом вычисления и написания макросов. Также имеется возможность сохранения макросов на внешние носители для их дальнейшего использования.
Flow Searcher предназначен для расчета пространственной аэродинамики с учетом переноса тепла конвекцией и излучением при горении полидисперсного пылеугольного топлива в камерах сгорания котлоагрегатов, для описания движения и теплообмена топливно-золовых частиц в камере сгорания. Позволяет моделировать процессы выхода летучих и догорания коксового остатка, а также полидисперсность твердой фазы [2].
Рассчитанные на основе комплексной математической модели характеристики протекания процессов в топке котла (значения температур, скоростей и др.) по желанию пользователя визуализируются программой Data Vision. Представление результатов возможно в двумерном и трехмерном виде. Приложение позволяет отображать любое количество 2D или 3D характеристик, рассчитанных на шахматной сетке и записанных в специальный файл. Характеристики могут быть представлены в скалярном или векторном виде. Имеется возможность включения черно-белого режима отображения для нецветных принтеров и публикаций.
Оба рассматриваемых пакета прикладных программ позволяют моделировать технологические процессы сжигания топлива. FLUENT обладает более широкими возможностями и высокой вычислительной мощностью, по сравнению с FIRE 3D. Однако высокая стоимость FLUENT затрудняет применение данного пакета, в то время как FIRE 3D позволяет решать те же задачи на сжигание без потери качества результатов.
Список литературы:
1) http://www. teplota. org. ua/2009-08-25-fluent_gambit_ru. html.
2) http://math. tsu. ru/1/books/Fire3D/index. htm.