CFD-Simulation eines Drallbrenners mit skalenauflosenden Verfahren

摘要

Im Bereich der dreidimensionalen numerischen Feuerraum- und Flammensimulation im industriellen Einsatz in der Kraftwerkstechnik sind zeitgemittelte Turbulenzmodelle trotz leistungsfahiger werdender Rechner nach wie vor Stand der Technik. Die fur skalenauflosende Simulationen wie bspw. LES notwendige Gitterfeinheit fuhrt bei industriellen Abmessungen zu Netzen mit mehr als 100 Mio. Zellen und nicht praktikablen CPU-Zeiten. Es wurden daher in den vergangenen Jahren verstarkt hybride Ansatze entwickelt, bei denen zeitgemittelte und skalenauflosende Modelle in Abhangigkeit der lokalen Gitterfeinheit nahtlos ineinander ubergehen. Auf diese Weise konnen hochtransiente turbulente Vorgange, z.B. Flammenfluktuationen im Brennernahfeld, zeitlich und raumlich aufgelost werden, wohingegen im Rest des Feuerraums mit einer zeitgemittelten Methode auf einem weniger feinen Gitter gearbeitet werden kann. Diese als Scale Adaptive Simulation (SAS) in verschiedenen CFD-Codes verfugbare Methode der Turbulenzmodellierung wurde zur Berechnung eines mit Trockenbraunkohle befeuerten Versuchsdrallbrenners verwendet, bei dem innerhalb der Flamme Messungen der lokalen Gaszusammensetzung und -temperatur durchgefuhrt wurden. Ein Vergleich der Messwerte zeigt eine weit bessere Ubereinstimmung der Simulationsergebnisse beim SAS-Modell im Vergleich zum zeitgemittelten k-epsilon Modell. Dies ist auf die unterschiedliche Vorhersage der Wirkung des Dralls auf die Flammenform zuruckzufuhren. Die Messwerte deuten auf eine schlanke, langliche Flamme mit einem geschlossenen Rezirkulationsgebiet hin, was auch vom SAS-Modell wiedergegeben wird, wohingegen das k-epsilon Modell eine breitere und kurzere Flamme vorhersagt.