Contribución al modelado de las físicas de lecho en la combustión de biomasa

Abstract

Modelado y desarrollo de librerías en C/C++ compatibles con ANSYS Fluent para la simulación de las físicas de lecho dentro del modelo CFD de combustión de biomasa desarrollado por el Grupo de Tecnología Energética de la Universidad de Vigo (GTE).

Frente a otros modelos matemáticos la utilización de un enfoque Euleriano permite abordar la simulación de la combustión de biomasa con un menor coste computacional pero asumiendo determinadas abstracciones o limitaciones. En este modelo los pellets son representados mediante magnitudes numéricas o escalares que se almacenan en memorias. Estos escalares se utilizan para definir la composición del sólido y sus propiedades físicas y químicas.

Esta representación matemática de la realidad presenta algunas dificultades o problemáticas en relación a la aplicación de reglas físicas como las que determinan el movimiento de lecho. Bajo este modelo, el lecho es una masa numérica informe y esto puede dificultar su gestión en relación a cuestiones como la gravedad, ya que el pellet como estructura en sí no está presente.

Esta tesis pretende modelar una serie de librerías en C/C++ que implementen diferentes reglas o algoritmos de comportamiento para simular los diferentes movimientos básicos que se producen en una caldera de biomasa durante la combustión: desmoronamiento por gravedad, empuje de alimentación, vibraciones de parrilla, etc. Con ello se aspira a mejorar el modelo desarrollado por el GTE completando la funcionalidad al mismo.

Modelado e desenvolvemento de librerías en C/C++ compatíbeis con ANSYS Fluent para a simulación das físicas do leito dentro do modelo CFD de combustión de biomasa desenvolto polo Grupo de Tecnoloxías Enerxética da Universidade de Vigo (GTE).

Fronte a outros modelos matemáticos o emprego dun enfoque Euleriano permita abordar a simulación da combustión de biomasa cun menor coste computacional pero asumindo determinadas abstraccións ou limitacións. Neste modelo os pellets son representados mediante magnitudes numéricas ou escalares que se almacenan en memorias. Ditos escalares empréganse para definir a composición do sólido e as súas propiedades físicas e químicas.

Esta representación matemática da realidade presenta algunhas dificultades ou problemáticas en relación á aplicación de regras físicas como as que determinan o movemento do leito. Baixo este modelo, o leito é unha masa numérica informe e isto pode dificultar a súa xestión en relación a cuestións como a gravidade, xa que o pellet como estrutura en si mesma non está presente.

Esta tese pretende modelar una serie de librerías en C/C++ que desenvolvan diferentes regras ou algoritmos de comportamento para simular os diferentes movementos básicos que se producen nunha caldeira de biomasa durante a combustión: desmoronamento por gravidade, empuxe de alimentación, vibración da grila, etc. Con isto aspírase a mellorar o modelo desenvolvido polo GTE completando algunha funcionalidade do mesmo.

Modeling and development libraries in C / C ++ compatible with ANSYS Fluent for the bed physics on biomass combustion CFD model developed by the Energetic Technology Group of the University of Vigo (GTE).

Compared to other mathematical models, the use of an Eulerian framework allows us to address the simulation of biomass combustion with a lower computational cost but assuming certain abstractions or limitations. In this framework, the pellets are represented by numerical or scalar magnitudes that are stored in memories. These scalars are used to define the composition of the physical and chemical bed properties.

This mathematical representation of the reality presents some difficulties or problems in relation to the application of physical rules such as those that determine bed movement. Under this model, the bed is a numerical without form mass and this could hinder its management in relation to issues such as gravity due to the pellet as a structure is not present.

This thesis pretends to develop a series of libraries in C / C ++ that model different rules or behavior algorithms to simulate the different basic movements that occur in a biomass boiler during combustion: collapse by gravity, feed push, grill vibrations, etc. This aims to improve the model developed by the GTE by completing some functionalities.