Menetelmiä kaasun ja kiintoaineen välisen vastusvoiman mallintamiseen

12.5.2015

Leijukattiloiden numeerista simulointia on tähän asti vaikeuttanut sopivien matemaattisten mallien puute. TkL Sirpa Kallio tarkastelee kahta erilaista lähestymistapaa ongelman ratkaisemiseksi väitöstyössään On modeling of the time- or space-averaged gas-solid drag force in fluidized bed conditions energiatekniikan ja virtauslaskennan alalta. Työn tuloksia on jo hyödynnetty VTT:llä osana numeerista kiertoleijukattilan mallinnustyökalua, jolla isoja voimalaitoskattiloita voidaan mallintaa lyhyessä ajassa ja kohtuullisin kustannuksin.

Suomi on kärkimaita leijutekniikan soveltamisessa energiantuotannossa. Siirtyminen käyttämään yhä enemmän biopolttoaineita, kiristyvät päästövaatimukset sekä muutokset energiantuotantostrategioissa tuovat uusia haasteita teknologian kehitykselle. Kokeellinen tutkimus on kallista. Numeerinen mallintaminen tarjoaa nopeamman ja edullisemman työkalun prosessikehitykseen.

Leijukattiloiden numeerista simulointia on vaikeuttanut sopivien matemaattisten mallien puute. Leijukattiloille on tyypillistä monimutkainen monifaasivirtaus, jota hallitsee pienipiirteisten rakenteitten kuten partikkeliklusterien muodostus. Näiden rakenteitten mittakaavat ovat millejä ja senttejä kun taas leijukattiloitten mittakaavat ovat metrejä ja kymmeniä metrejä.
Pienten rakenteiden tarkka kuvaaminen ison kattilatulipesän laskennassa on vielä pitkään laskentakapasiteetin rajallisuudesta johtuen mahdotonta, jolloin pitää löytää menetelmiä, joilla nämä rakenteet otetaan huomioon mallin matemaattisessa kuvauksessa.

Väitöskirjassa tarkastellaan kahta erilaista lähestymistapaa ongelman ratkaisemiseksi. Työssä keskitytään erityisesti kaasun ja kiintoaineen välisen vastusvoiman matemaattiseen kuvaukseen ja kehitetään menetelmiä sen mallintamiseen. Työn tuloksia on jo hyödynnetty VTT:llä osana numeerista kiertoleijukattilan mallinnustyökalua, jolla isoja voimalaitoskattiloita voidaan mallintaa lyhyessä ajassa ja kohtuullisin kustannuksin.

Väitöstilaisuus 20.5.

TkL Sirpa Kallion väitöskirja On modeling of the time- or space-averaged gas-solid drag force in fluidized bed conditions tarkastetaan 20.5. Aalto-yliopistolla, Otakaari 4 (Konetekniikka 1, sali 216) kello 12.00. Vastaväittäjä on PhD Stefan Pirker, Johannes Kepler University, Itävalta. Kustoksena toimii professori Markku Lampinen, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, energiatekniikan laitos.

Väitöskirja verkossa: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2015/S86.pdf

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00