Isotermisen poltinvirtauksen laskenta

Risto Huhtanen

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

Työssä kuvataan kolmen eri turbulenssimallin kykyä kuvata isotermistä virtausta polttimen lähialueella. Mallit ovat k-e-malli, RNG-k-e-malli sekä Reynoldsin jännitysmalli (RSM). Fluent-ohjelmalla tehtyjä simulointeja verrataan sekä mittaustuloksiin että aikaisemmin laskettuihin tuloksiin neljälle tapaukselle. Tulokset poikkeavat joiltakin osin aiemmin International Flame Research Foundationin esittämistä harvemmalla verkolla suoritetuista laskuista. RNG-turbulenssimalli kuvaa joiltakin osin nopeusjakautuman tavanomaista k-e-mallia paremmin lisäämättä oleellisesti laskenta-aikaa. RNG-malli kuvaa kuitenkin polttimessa muodostuvan paluuvirtausalueen poikkeuksetta liian pitkäksi. Reynoldsin jännitysmallin käyttö tuottaa näistä malleista tarkimman tuloksen, mutta vaatii jonkin verran enemmän laskenta-aikaa ja varsinkin reunaehtojen asettaminen ja laskeminen saatavilla olevista tiedoista voi olla työläämpää. Lisäksi konvergoituneen tuloksen saaminen saattaa RSM-laskennassa olla työlästä ja vaatia sopivan diskretoinnin valitsemisen eri suureille. Reynoldsin jännitysmalli vaatii muita malleja enemmän laskenta-aikaa. Tästä ei tehty kuitenkaan tarkempaa vertailua. Ero ei ole kovin merkittävä. Suurempi ero tulee siitä, että Reynoldsin jännitysmallin kanssa reunaehdot voidaan määritellä tarkemmin, mikä lisää tehtävän määrittelyyn käytettävää aikaa. Vaihtoehtoisesti reunaehdot on mahdollista antaa samalla tavalla yksinkertaistaen kuin kaksiyhtälömallien kanssa. Lisäksi konvergoituneen tuloksen saamiseksi on mahdollisesti oltava huolellisempi iteraatioparametrien ja diskretointimenetelmien valinnassa kuin muita malleja käytettäessä. Reynoldsin jännitysmallin alkutilana on usein käytettävä joko k-e-mallilla tai RNG-mallilla laskettua tulosta, jotta laskenta saadaan konvergoitumaan. Mikään turbulenssimalleista ei ole ehdottomasti muita parempi kaikissa tehtävissä. Vertailua haittaa kuitenkin polttokammion poistoaukon reunaehtojen asettamiseen liittyvät epämääräisyydet. Kyseinen reunaehto vaikuttaa eniten RSM-laskentaan ja vähiten k-e-mallilla tehtyyn laskentaan. Tämä työ on tehty TEKESin Virtausdynamiikan teknologiaohjelman turbulenssiprojektissa.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages66
ISBN (Print)951-38-4539-7, 951-38-5000-5
Publication statusPublished - 1997
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

NameVTT Julkaisuja - Publikationer
PublisherVTT
Volume827
ISSN (Print)1235-0613
ISSN (Electronic)1455-0857

Keywords

  • flow analysis
  • isothermal flow
  • turbulent flow
  • combustion chambers
  • burners

Cite this

Huhtanen, R. (1997). Isotermisen poltinvirtauksen laskenta. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Julkaisuja - Publikationer, Vol.. 827
Huhtanen, Risto. / Isotermisen poltinvirtauksen laskenta. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 66 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer, Vol. 827).
@book{313ba53d23514735a7a921cb7a734fd5,
title = "Isotermisen poltinvirtauksen laskenta",
abstract = "Ty{\"o}ss{\"a} kuvataan kolmen eri turbulenssimallin kyky{\"a} kuvata isotermist{\"a} virtausta polttimen l{\"a}hialueella. Mallit ovat k-e-malli, RNG-k-e-malli sek{\"a} Reynoldsin j{\"a}nnitysmalli (RSM). Fluent-ohjelmalla tehtyj{\"a} simulointeja verrataan sek{\"a} mittaustuloksiin ett{\"a} aikaisemmin laskettuihin tuloksiin nelj{\"a}lle tapaukselle. Tulokset poikkeavat joiltakin osin aiemmin International Flame Research Foundationin esitt{\"a}mist{\"a} harvemmalla verkolla suoritetuista laskuista. RNG-turbulenssimalli kuvaa joiltakin osin nopeusjakautuman tavanomaista k-e-mallia paremmin lis{\"a}{\"a}m{\"a}tt{\"a} oleellisesti laskenta-aikaa. RNG-malli kuvaa kuitenkin polttimessa muodostuvan paluuvirtausalueen poikkeuksetta liian pitk{\"a}ksi. Reynoldsin j{\"a}nnitysmallin k{\"a}ytt{\"o} tuottaa n{\"a}ist{\"a} malleista tarkimman tuloksen, mutta vaatii jonkin verran enemm{\"a}n laskenta-aikaa ja varsinkin reunaehtojen asettaminen ja laskeminen saatavilla olevista tiedoista voi olla ty{\"o}l{\"a}{\"a}mp{\"a}{\"a}. Lis{\"a}ksi konvergoituneen tuloksen saaminen saattaa RSM-laskennassa olla ty{\"o}l{\"a}st{\"a} ja vaatia sopivan diskretoinnin valitsemisen eri suureille. Reynoldsin j{\"a}nnitysmalli vaatii muita malleja enemm{\"a}n laskenta-aikaa. T{\"a}st{\"a} ei tehty kuitenkaan tarkempaa vertailua. Ero ei ole kovin merkitt{\"a}v{\"a}. Suurempi ero tulee siit{\"a}, ett{\"a} Reynoldsin j{\"a}nnitysmallin kanssa reunaehdot voidaan m{\"a}{\"a}ritell{\"a} tarkemmin, mik{\"a} lis{\"a}{\"a} teht{\"a}v{\"a}n m{\"a}{\"a}rittelyyn k{\"a}ytett{\"a}v{\"a}{\"a} aikaa. Vaihtoehtoisesti reunaehdot on mahdollista antaa samalla tavalla yksinkertaistaen kuin kaksiyht{\"a}l{\"o}mallien kanssa. Lis{\"a}ksi konvergoituneen tuloksen saamiseksi on mahdollisesti oltava huolellisempi iteraatioparametrien ja diskretointimenetelmien valinnassa kuin muita malleja k{\"a}ytett{\"a}ess{\"a}. Reynoldsin j{\"a}nnitysmallin alkutilana on usein k{\"a}ytett{\"a}v{\"a} joko k-e-mallilla tai RNG-mallilla laskettua tulosta, jotta laskenta saadaan konvergoitumaan. Mik{\"a}{\"a}n turbulenssimalleista ei ole ehdottomasti muita parempi kaikissa teht{\"a}viss{\"a}. Vertailua haittaa kuitenkin polttokammion poistoaukon reunaehtojen asettamiseen liittyv{\"a}t ep{\"a}m{\"a}{\"a}r{\"a}isyydet. Kyseinen reunaehto vaikuttaa eniten RSM-laskentaan ja v{\"a}hiten k-e-mallilla tehtyyn laskentaan. T{\"a}m{\"a} ty{\"o} on tehty TEKESin Virtausdynamiikan teknologiaohjelman turbulenssiprojektissa.",
keywords = "flow analysis, isothermal flow, turbulent flow, combustion chambers, burners",
author = "Risto Huhtanen",
year = "1997",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-4539-7",
series = "VTT Julkaisuja - Publikationer",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
address = "Finland",

}

Huhtanen, R 1997, Isotermisen poltinvirtauksen laskenta. VTT Julkaisuja - Publikationer, vol. 827, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Isotermisen poltinvirtauksen laskenta. / Huhtanen, Risto.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 66 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer, Vol. 827).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Isotermisen poltinvirtauksen laskenta

AU - Huhtanen, Risto

PY - 1997

Y1 - 1997

N2 - Työssä kuvataan kolmen eri turbulenssimallin kykyä kuvata isotermistä virtausta polttimen lähialueella. Mallit ovat k-e-malli, RNG-k-e-malli sekä Reynoldsin jännitysmalli (RSM). Fluent-ohjelmalla tehtyjä simulointeja verrataan sekä mittaustuloksiin että aikaisemmin laskettuihin tuloksiin neljälle tapaukselle. Tulokset poikkeavat joiltakin osin aiemmin International Flame Research Foundationin esittämistä harvemmalla verkolla suoritetuista laskuista. RNG-turbulenssimalli kuvaa joiltakin osin nopeusjakautuman tavanomaista k-e-mallia paremmin lisäämättä oleellisesti laskenta-aikaa. RNG-malli kuvaa kuitenkin polttimessa muodostuvan paluuvirtausalueen poikkeuksetta liian pitkäksi. Reynoldsin jännitysmallin käyttö tuottaa näistä malleista tarkimman tuloksen, mutta vaatii jonkin verran enemmän laskenta-aikaa ja varsinkin reunaehtojen asettaminen ja laskeminen saatavilla olevista tiedoista voi olla työläämpää. Lisäksi konvergoituneen tuloksen saaminen saattaa RSM-laskennassa olla työlästä ja vaatia sopivan diskretoinnin valitsemisen eri suureille. Reynoldsin jännitysmalli vaatii muita malleja enemmän laskenta-aikaa. Tästä ei tehty kuitenkaan tarkempaa vertailua. Ero ei ole kovin merkittävä. Suurempi ero tulee siitä, että Reynoldsin jännitysmallin kanssa reunaehdot voidaan määritellä tarkemmin, mikä lisää tehtävän määrittelyyn käytettävää aikaa. Vaihtoehtoisesti reunaehdot on mahdollista antaa samalla tavalla yksinkertaistaen kuin kaksiyhtälömallien kanssa. Lisäksi konvergoituneen tuloksen saamiseksi on mahdollisesti oltava huolellisempi iteraatioparametrien ja diskretointimenetelmien valinnassa kuin muita malleja käytettäessä. Reynoldsin jännitysmallin alkutilana on usein käytettävä joko k-e-mallilla tai RNG-mallilla laskettua tulosta, jotta laskenta saadaan konvergoitumaan. Mikään turbulenssimalleista ei ole ehdottomasti muita parempi kaikissa tehtävissä. Vertailua haittaa kuitenkin polttokammion poistoaukon reunaehtojen asettamiseen liittyvät epämääräisyydet. Kyseinen reunaehto vaikuttaa eniten RSM-laskentaan ja vähiten k-e-mallilla tehtyyn laskentaan. Tämä työ on tehty TEKESin Virtausdynamiikan teknologiaohjelman turbulenssiprojektissa.

AB - Työssä kuvataan kolmen eri turbulenssimallin kykyä kuvata isotermistä virtausta polttimen lähialueella. Mallit ovat k-e-malli, RNG-k-e-malli sekä Reynoldsin jännitysmalli (RSM). Fluent-ohjelmalla tehtyjä simulointeja verrataan sekä mittaustuloksiin että aikaisemmin laskettuihin tuloksiin neljälle tapaukselle. Tulokset poikkeavat joiltakin osin aiemmin International Flame Research Foundationin esittämistä harvemmalla verkolla suoritetuista laskuista. RNG-turbulenssimalli kuvaa joiltakin osin nopeusjakautuman tavanomaista k-e-mallia paremmin lisäämättä oleellisesti laskenta-aikaa. RNG-malli kuvaa kuitenkin polttimessa muodostuvan paluuvirtausalueen poikkeuksetta liian pitkäksi. Reynoldsin jännitysmallin käyttö tuottaa näistä malleista tarkimman tuloksen, mutta vaatii jonkin verran enemmän laskenta-aikaa ja varsinkin reunaehtojen asettaminen ja laskeminen saatavilla olevista tiedoista voi olla työläämpää. Lisäksi konvergoituneen tuloksen saaminen saattaa RSM-laskennassa olla työlästä ja vaatia sopivan diskretoinnin valitsemisen eri suureille. Reynoldsin jännitysmalli vaatii muita malleja enemmän laskenta-aikaa. Tästä ei tehty kuitenkaan tarkempaa vertailua. Ero ei ole kovin merkittävä. Suurempi ero tulee siitä, että Reynoldsin jännitysmallin kanssa reunaehdot voidaan määritellä tarkemmin, mikä lisää tehtävän määrittelyyn käytettävää aikaa. Vaihtoehtoisesti reunaehdot on mahdollista antaa samalla tavalla yksinkertaistaen kuin kaksiyhtälömallien kanssa. Lisäksi konvergoituneen tuloksen saamiseksi on mahdollisesti oltava huolellisempi iteraatioparametrien ja diskretointimenetelmien valinnassa kuin muita malleja käytettäessä. Reynoldsin jännitysmallin alkutilana on usein käytettävä joko k-e-mallilla tai RNG-mallilla laskettua tulosta, jotta laskenta saadaan konvergoitumaan. Mikään turbulenssimalleista ei ole ehdottomasti muita parempi kaikissa tehtävissä. Vertailua haittaa kuitenkin polttokammion poistoaukon reunaehtojen asettamiseen liittyvät epämääräisyydet. Kyseinen reunaehto vaikuttaa eniten RSM-laskentaan ja vähiten k-e-mallilla tehtyyn laskentaan. Tämä työ on tehty TEKESin Virtausdynamiikan teknologiaohjelman turbulenssiprojektissa.

KW - flow analysis

KW - isothermal flow

KW - turbulent flow

KW - combustion chambers

KW - burners

M3 - Report

SN - 951-38-4539-7

SN - 951-38-5000-5

T3 - VTT Julkaisuja - Publikationer

BT - Isotermisen poltinvirtauksen laskenta

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Huhtanen R. Isotermisen poltinvirtauksen laskenta. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 66 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer, Vol. 827).