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Mesh.jpg T_ax.jpg Flame.png

Hallo zusammen,

ich versuche derzeit, eine turbulente CH4/H2/N2-Diffusionsflamme mit flameletFoam (OF 2.1.x) zu simulieren. Dabei handelt es sich um einen auf rhoReactingFoam basierenden, kompressiblen Löser, der das Flamelet-Konzept auf OpenFoam überträgt. Die chemischen Reaktionen werden im Voraus berechnet und Temperaturen und Spezieskonzentrationen in Tabellen gespeichert. Die Daten werden dann während der Strömungsberechnung abgerufen.

Für meine RANS-Simulationen verwende ich das Standard-k-Epsilon-Modell. Mein Rechengebiet ist keilförmig (5°) und beinhaltet an der linken Seite die Düse, durch die der Brennstoff einströmt, damit sich ein turbulentes Geschwindigkeitsprofil ausbilden kann. Ein Bild habe ich angehängt. Der gesamte Brennraum hat eine Länge von 1000 mm und einen Durchmesser von 700 mm.
Mein Problem tritt auf, wenn ich das Gitter verfeinere. Schon ab ca. 30.000 Zellen (300 in Richtung der Flammenachse) kommt es zu "Störungen" im unteren Bereich der Flamme. Es treten punktuell zu hohe Geschwindigkeiten sowie Flammentemperaturen auf. Auch alle anderen Variablen sind in diesen Bereichen gestört. Resultat ist ein unbrauchbares Ergebnis, wie am axialen Temperaturprofil zu erkennen.

Mittlerweile habe ich zahlreiche alternative Konfigurationen ausprobiert, bisher jedoch keine zufriedenstellende Lösung finden können. Die Verwendung des realizable-k-epsilon-Modells führte beispielsweise zu utopischen Rechenzeiten, das Ersetzen des Jets und die Vorgabe eines ausgebildeten Geschwindigkeitsprofils mittels groovyBC brachte keine akzeptablen Ergebnisse. Ich bin ziemlich ratlos, ob und wie mein Problem behoben werden kann... vielleicht weiß hier ja jemand mehr!

Vielen Dank!

LG
phico

[Diese Nachricht wurde von phico92 am 11. Sep. 2014 editiert.]

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Hallo,

ich würde dir einen anderen Solver vorschlagen. Generiert von Alberto Cuoci und seinem Team mit Enthalpydefect und allem drum und dran. Vor allem die Flameletgenerierung ist wesentlich einfacher.

Code von 1.7.x verfügbar, aktualisiert von mir bis 2.3.x sowie Features implementiert.

Den Code von Hagen Müller hab ich mir mal angeschaut, aber er geht einen anderen Weg. Führt allerdings zum gleichen Ziel. Find den Solver von Alberto Cuoci interessanter, vllt auch weil ich damit meine Thesis geschrieben hab und ...

Die Validierung des Solvers in dieser Flame ist im Github auch zu finden. Mehr dazu auf www.holzmann-cfd.de

Grüße und viel Erfolg.

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Best regards,
Tobias Holzmann

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Ach ja zu deinem Diagramm.

Ich würde an deiner Stelle mal die Unsicherheit in den Messwerten miteinkalkulieren, dann stimmen deine Werte nämlich wieder sehr gut und sind korrekt. Deine Fluktuation am Anfang wird wohl durch eine Auflösung lokaler Turbulenzen sein, die ggf. mit RANS nicht ganz korrekt abgebildet werden (zu feines Netz?).

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Best regards,
Tobias Holzmann

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T_ax2.png

Vielen Dank für die schnelle Antwort!

Den Solver kann ich leider nicht ändern, da ich mit flameletFoam gerade meine Bachelorarbeit schreibe. Der Cuoci Code wird allerdings im Rahmen einer anderen Arbeit hier am Institut verwendet.

Der Gedanke mit lokalen Turbulenzen ist mir auch in den Sinn gekommen, allerdings ist das Gitter ja noch nicht besonders fein. Würdest du hier eventuell ein anderes Turbulenzmodell empfehlen?
Was das Diagramm betrifft: Die Lösung unterscheidet sich auch im oberen Bereich der Flamme recht deutlich von den Lösungen, die auf einem gröberen Gitter produziert wurden. Schon bei 25.000 Zellen sieht das ganze anders aus und weicht oben schon etwas von den Messdaten ab. Gibt es eine einfache Möglichkeit, die Rechnung so zu beeinflussen, dass die Flamme insgesamt etwas kürzer ist und der Temperaturpeak früher erreicht wird? Dann würde die Lösung wiederum recht gut aussehen und ein grobes Gitter absolut ausreichen...

LG

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Hi,

wie gesagt ich kann dir nicht sagen was Hagens Solver löst und wie er vorgeht. Er hat definitiv ne andere herangehensweise und vllt stimmen deine Flamelets nicht? Ich weiß nur das das Modell für Freistrahlflammen einigermaßen gut passt... die Implementierung ist natürlich wieder was anders. Hast du denn ein Enthalpydefect dabei oder ist das eine adiabate Berechnung?

Ich kann dir nur folgendes zum Vergleich geben:
web.student.chalmers.se/groups/ofw5/Presentations/AlbertoCuociSlidesOFW5.pdf

Da ich den Solver von Cuoci verwende, und mich nicht in den Müllers einarbeiten kann, bleibt mir leider keine Möglichkeit dir Hilfestellung zu gebe. Aber deine Ergebnisse sehen doch gar nicht schlecht aus? Was erwartest du denn eigentlich? 1:1? Wirst du niemals erhalten weil du immer mit Modellen arbeitest, RANS - Mittelung führen Fehler ein, Turbulenzmodelle führen Fehler ein, Verbrennungsmodelle führen Fehler ein, dann Numerische Fehler etc.

Anbei noch meine Resultate der CO/H2/N2 Flamme:
https://github.com/shor-ty/flameletModel-2.3.x/blob/master/documentation/validation.pdf 
https://github.com/shor-ty/flameletModel-2.3.x/blob/master/documentation/validation  Piso.pdf

In der 1.7.x Version von Alberto ist die CH4 Flamme auch dabei und die Ergebnisse sind auch mehr als nur zufrieden stellend. Ich denke aber das Herr Müller sich auch Flammen betrachtet hat und diese validiert hat,... (zumindest erinnere ich mich daran das er iwas gemacht hat).

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Best regards,
Tobias Holzmann

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Hallo,

was sagt denn dein y+ Wert?

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Viele Grüße
Michael

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Hier gibts keinen großen Einfluss des y+ Wertes.
Die einzige Wall die vorliegt ist die der Düse und hier spielen keine Wärme- oder Stoffübertragungen eine Rolle. D.h. der y+ Wert ist relativ uninteressant in dieser Simulation, da nur Wandferne Reaktionen interessant sind.

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Best regards,
Tobias Holzmann

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Ach ja was mir aber gerade auffällt als ich dein Netz gesehen hab.
Du machst einen großen Fehler. Du musst die Düse schon mit modellieren, ansonsten bekommst du natürlich keine guten Ergebnisse!

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Best regards,
Tobias Holzmann

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Hey,

ich erwarte natürlich keine perfekten Ergebnisse, möchte aber so nah wie möglich an eine gitterunabhängige Lösung herankommen. Da die bisherigen Rechnungen relativ schnell ablaufen, habe ich da auch noch etwas Kapazität.

Den y+ Wert habe ich aus den von Tobias genannten Gründen bisher nicht betrachtet.

Was meinst du mit "Düse mit modellieren"? Das dünne Rohrstück links unten stellt doch die Düse dar? Eine Pilotflamme oder etwas ähnliches gibt es bei der von mir betrachteten Flamme nicht...

/edit: Ich glaube, ich weiß, was du meinst. In dem paper, das die entsprechenden Experimente beschreibt, ist von einer Düse mit scharfer Kante die Rede, daher habe ich dem nicht so große Bedeutung zugemessen. Werds aber ausprobieren, danke für den Hinweis!

[Diese Nachricht wurde von phico92 am 04. Sep. 2014 editiert.]

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meshFlamme.png

Servus,

im Anhang das was ich aufgeführt hab.
Das ist das Netz für die CO/H2/N2 Flamme.

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Best regards,
Tobias Holzmann

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Hallo,

hat es nun funktioniert ?  Falls ja bitte den Thread als "gelöst markieren".

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Best regards,
Tobias Holzmann

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Servus,

ich wollte erst einige Simulationen durchlaufen lassen, bevor ich ein Fazit poste:
Das Modellieren der Düse führt bei dieser Flamme nicht zu nennenswerten Verbesserungen, es sind kaum Unterschiede in den Ergebnissen erkennbar. Mein eigentliches Problem mit den "Störungen" im unteren Bereich der Flamme konnte ich durch Anheben der Relaxationsfaktoren in den Griff bekommen. Ich habe bisher Gitter mit bis zu 100.000 Zellen verwendet, alles völlig problemlos!

An dieser Stelle auch noch mal vielen Dank für eure Tipps!

LG
phico

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