Modelowanie silników spalinowych
Spalanie dostarcza najwięcej energii spośród wszystkich procesów przemiany energetycznej na świecie. Dokładne modelowanie tego procesu jest zatem niezwykle ważne w kontekście realizacji założeń strategii UE 2020 dotyczącej ograniczenia emisji z silników i urządzeń. W odpowiedzi na coraz większe zapotrzebowanie na niezawodne narzędzia do symulacji przepływów reaktywnych, naukowcy zainicjowali finansowany ze środków UE projekt "Combustion models for industrial applications" (COMBINA). Partnerzy projektu z pięciu krajów połączyli siły, aby opracować zaawansowane modele do spalania kinetycznego, częściowo kinetycznego oraz spalania mieszanki rozpylonej. Model spalania kinetycznego oparto na metodzie modelowania płomienia burzliwego/zamknięcia prędkości (Bray–Moss–Libby (BML)), którą wdrożono w oprogramowaniu do analizy obliczeniowej dynamiki przepływów FINE/Open. Aby umożliwić symulację płomieni z częściowo kinetycznym spalaniem, naukowcy połączyli BML z metodą analizy flamelet. Alternatywą dla modelowania hybrydowego BML–flamelet była metoda FMG (Flamelet Generated Manifold). Opracowane modele przetestowano w serii testów, takich jak weryfikacja analityczna i konkretna konfiguracja płomieni po skomplikowane testy przemysłowe. Wszystkie te modele są dostępne w narzędziu komputerowym za pośrednictwem przyjaznego dla użytkowników interfejsu graficznego. W celu modelowania rozpylonych oparów naukowcy połączyli moduł Lagrange'a z narzędziem FINE/Open oraz opracowanymi przez siebie modułami spalania. Oprócz testów w różnych podstawowych płomieniach rozpylonych wykorzystano je do symulacji dwóch komór spalania w silnikach lotniczych. Wyniki tych prac pokazały, że FGM jest lepszą metodą do symulacji procesów spalania mieszanki rozpylonej w porównaniu z metodą flamelet. Aby uzyskać dane potrzebne do walidacji modeli numerycznych mieszanki rozpylonej, jeden z uczestników projektu przeprowadził pomiary zimnego rozpylonego paliwa Jet A1 w różnych ciśnieniach wylotowych. Skład granulometryczny zmierzono przy pomocy interferometrycznego obrazowania cząstek. Partnerzy projektu zbudowali także replikę palnika przemysłowego z komorą mieszankową oraz przeprowadzili pomiary przy różnej liczbie wirów, aby dokonać walidacji modeli spalania kinetycznego. Projekt COMBINA dał partnerom akademickim możliwość przetestowania zaawansowanych modeli w środowisku przemysłowym, co wcześniej było możliwe wyłącznie przy użyciu kodów o uproszczonej konfiguracji. Informacje o wynikach badań rozpowszechniano podczas warsztatów oraz na ich stronie internetowej.
Słowa kluczowe
Silnik spalinowe, modele spalania, zastosowania przemysłowe, mieszanie wstępne, spalanie paliwa rozpylonego
