Turbulenssimallien soveltuminen syklonien numeeriseen virtauslaskentaan

Abstract

Tässä työssä tutkittiin miten totuudenmukaisia tuloksia syklonierottimen virtauskentästä saadaan numeerisella laskennalla, kun käytetään eri turbulenssimalleja. Tarkoitus oli myös selvittää yleisesti syklonin toimintaperiaatteita, haasteita sen käytössä sekä syklonin numeerisen virtauslaskennan perusteita. Numeerisen virtauslaskennan teoria selitetään pääpiirteittäin, samoin turbulenssin mallinnus.

Työn laskentaosiossa simuloitiin Fluent-ohjelmalla syklonin virtauskenttää kuumalla ilmalla sekä kahdella eri turbulenssimallilla ja verrattiin tuloksia kirjallisuudesta löytyviin mittaustuloksiin. Simuloinnit suoritettiin sekä ajasta riippuvana että ajasta riippumattomana ja kahdella eri laskentahilalla.

Simulointien tulokset osoittivat, että RNG k-ε turbulenssimalli ei kykene tuottamaan totuu-denmukaista virtauskenttää. Toisen käytetyn turbulenssimallin, Reynolds-jännitysmallin tulokset vastasivat enemmän mittaustuloksia. Reynolds-jännitysmallia voidaan pitää käyttökelpoisena syklonin simuloinnissa tämän työn ja kirjallisuuden perusteella. Mallissa oli yksinkertaistuksia, esimerkiksi kiinteää ainetta ei otettu huomioon lainkaan.

This study examines how accurate results of cyclone separator flow field can be obtained by numerical fluid dynamics when using different turbulence models. The aim was also to find out the general operating properties and challenges of cyclone as well as the numerical methods that are used to calculate the gas flow. Theory of computational fluid dynamics is explained roughly, as well as modeling of turbulence. In this thesis, hot cyclone flow field without solids effect was simulated with two turbulence models and it was compared with experimental results found from scientific articles. Simulations were done in steady state and unsteady state, and with two different grids. The simulation results showed that the RNG k - ε model for turbulence is not able to produce correct flow field. The second turbulence model, Reynolds stress model results were more consistent with measurements. According to this work and the literature, Reynolds stress model can be considered a useful turbulence model for cyclone.