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Dataset to "Coupling radiative properties with detailed char conversion kinetics"

Koch, Matthias^RWTH* ; Tarlinski, David ; Pielsticker, Stefan^RWTH* ; Scherer, Viktor ; Kneer, Reinhold^RWTH*

2024

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-09827
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/971829/files/Daten_RWTH-2023-09827.zip

Einrichtungen

1. Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung (412610)

Projekte

1. DFG project 240984532 - Modellierung der Strahlungseigenschaften von pulverisierten Biomassepartikeln bei der Oxy-Fuel-Verbrennung (C04) (240984532) (240984532)
2. DFG project 215035359 - TRR 129: Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre (215035359) (215035359)
3. DFG project 240955091 - Experimentelle Untersuchung der Kinetik von Pyrolyse und Koksumsatz in einem Plug-Flow-Reaktor mit Fokus auf die Zünd- und frühe Koksabbrandphase (A02) (240955091) (240955091)
4. DFG project 240954932 - Experimentelle Untersuchung von Pyrolyse- und Koksumsatzkinetiken in einem „Well-Stirred-Reactor“ unter atmosphärischen und druckbeaufschlagten Bedingungen (A01) (240954932) (240954932)

Kurzfassung
In Verbrennungssystemen für pulverförmige feste Brennstoffe ist die Wärmestrahlung der wichtigste Wärmeübertragungsmechanismus. In den meisten Fällen dominiert die Partikelstrahlung über die Gasstrahlung. Daher kann eine angemessene Modellierung der Wechselwirkungen zwischen Partikeln und Strahlung in Simulationen von Brennkammern die Gesamtgenauigkeit maßgeblich beeinflussen. Das Strahlungsverhalten hängt stark von den optischen Eigenschaften der Partikel ab, die durch den komplexen Brechungsindex (IOR) gekennzeichnet sind. Während der Pyrolyse und der Holzkohleumwandlung verändern diese optischen Eigenschaften die Morphologie der Partikel, die Materialzusammensetzung und die Partikelgröße. Darüber hinaus hängt der Prozess der Holzkohleumwandlung vom Sauerstofftransport innerhalb der Partikelporen und der Grenzschicht ab. Um die Auswirkungen der strukturellen Veränderungen während der Holzkohleumwandlung auf die Strahlungseigenschaften - Absorptionseffizienz, Streueffizienz und Streuphasenfunktion - zu quantifizieren, werden die Ausgabedaten Carbon-Conversion-Kinetic Models (CCK) (Partikelgröße, Asche-/Kohlenstoffgehalt, Porenanteil) verwendet, um künstliche Partikel mit verschiedenen Umwandlungsgraden und für die verschiedenen Regime zu erzeugen. Schließlich wird die Strahlungswechselwirkung durch Anwendung einer Erweiterung der Mie-Theorie für beschichtete Partikel berechnet, und diese Ergebnisse werden mit vereinfachten Ansätzen verglichen. Diese Datenpublikation enthält die vom CCK-Modell berechneten Daten (zeitabhängiger Konversionsprozess), die Skripte, die diese Daten nutzen, um sie zur Berechnung der Strahlungswechselwirkung mit einzelnen Teilchen zu koppeln, und die vom Mie-Code berechneten Ergebnisdaten. Eine detailierte Beschreibung finden Sie in 10.1016/j.fuel.2024.130973 (Englisch).

In pulverized solid fuel combustion systems, thermal radiation is the primary heat transfer mechanism. In most cases, particle radiation dominates gas radiation. Thus, adequate modeling of particle-radiation interactions in full-scale simulations of combustion chambers may primarily affect the overall accuracy. The radiation behavior depends strongly on the particles' optical properties, characterized by the complex index of refraction (IOR). During pyrolysis and char conversion, these optical properties change the particle morphology, material composition, and particle size. Moreover, the char conversion process depends on the oxygen transport within the particle pores and boundary layer. Consequently, the conversion process can be categorized into three reaction regimes. To quantify the effects of the structural changes during the char conversion process on the radiative properties – absorption efficiency, scattering efficiency, and scattering phase function – the output data of the char conversion kinetics (CCK) model (particle size, ash/carbon content, pore fraction) are used to build artificial particles at different conversion degrees and for the different regimes. Finally, the radiation interaction is calculated by applying an extension of the Mie theory for coated particles, and these results are compared to simplified approaches. This data publication contains the data calculated by the CCK model (time-dependent conversion process), the scripts that utilize this data to couple it to calculate the radiation interaction with single particles, and the resulting data calculated by the Mie-Code. More details are published in 10.1016/j.fuel.2024.130973

OpenAccess:
ZIP
(additional files)

Dokumenttyp
Dataset

Sprache
English

Interne Identnummern
RWTH-2023-09827
Datensatz-ID: 971829

Beteiligte Länder
Germany