로우 프로파일 플레어 필드는 길쭉한 화염, 내부 행에 위치한 버너 팁에 대한 적절한 공기 공급 및 화염에서 주변 바람 울타리까지의 높은 방사 플럭스 등 중요한 설계 문제를 야기합니다. Alion Science and Technology의 엔지니어가 완료 한 최근 작업 Zeeco, Inc.는 특별히 설계된 바람 울타리로 둘러싸인 단계별 배관 구성으로 함께 포장 된 400 개 이상의 버너 팁이있는 대형 로우 프로파일 가스 플레어에 사용되는 독점적 인 버너 팁의 성능을 분석하는 데 중점을 두었습니다. 이 백서에서는 이 가스 플레어의 CFD 분석 결과를 제시하고 산업 규모의 로우 프로파일 플레어 필드에 대한 그을음 형성, 복사 플럭스, 화염 형상 및 화염 높이를 시뮬레이션하는 CFD 도구의 기능을 보여줍니다. 이 작업은 버너 팁을 통해 에틸렌을 발사 한 플레어 테스트와 함께 완료되었습니다. 이러한 플레어 테스트 중에 수집된 데이터에는 비디오, 복사 플럭스 및 사운드가 포함되었습니다. 테스트 결과는 연소 모델을 교정하고 화염 높이 및 공기 수요에 대한 CFD 예측을 검증하는 데 사용되었습니다. 이를 바탕으로 두 개의 전체 플레어 필드 케이스에 대해 예측 된 화염 높이와 공기 수요가 제공되었습니다. 또한, 주변 바람 울타리에 대한 복사 플럭스의 추정치가 제공되었다.
플레어 성능에 대한 일련의 계산이 이루어졌습니다. 계산의 목적은 다양한 조건에서 공기 수요를 예측하는 것이 었습니다. 또한, 플레어 주위의 열방사 프로파일도 결정하였다. 이 분석에 사용 된 주요 전산 유체 역학 (CFD) 도구는 ISIS-3D [1, 2, 3]였습니다. 이전에는 ISIS-3D가 패키지 열 성능을 예측하기 위해 다양한 풀 화재 분석에 사용되었습니다 [4]. 최근에는 ISIS-3D가 플레어 분석에 적용되었습니다. 이 응용 프로그램에서는 프로판과 에틸렌을 포함한 새로운 연료 혼합물을 처리하기 위해 새로운 연소 모델이 구현되었습니다. 연소 및 방사선 모델은 무풍 및 저풍 주변 조건에서 단일 버너 및 다중 버너 테스트 중에 측정된 화염 크기, 모양 및 방사선 측정치와 비교되었습니다.
CFD 모델에는 실행 된 사례에 따라 다양한 세부 사항이 포함되었습니다. 단일 버너 케이스의 경우 6m x 6m x 30m의 계산 도메인이 선택되었습니다. 다중 버너 케이스의 경우 35 m x 35 m x 25 m의 도메인 크기가 선택되었습니다. 전체 필드의 경우 전산 영역은 전체 플레어 필드를 둘러싼 바람 울타리를 넘어 10m 확장되었습니다.
네 개의 전체 필드 계산은 피크 흐름 케이스와 크로스윈드가 없는 지속적인 혼합 가스 케이스를 나타내는 것으로 이루어졌습니다. 이러한 계산은 혼합 가스 케이스의 경우 700,000개 이상의 셀과 피크 플로우 케이스의 경우 1,200,000개 이상의 메쉬 밀도를 가졌습니다. 시뮬레이션 된 물리적 도메인은 모든 방향에서 울타리 둘레를 넘어 10 미터였으며 전체 높이는 25m였습니다. 이러한 경우의 결과는 플레어에 대한 총 공기 요구량과 바람 울타리의 두 중간 지점까지의 방사선 플럭스를 평가하는 데 사용되었습니다.
이 논문에 제시된 연구는 다중 팁 로우 프로파일 플레어에 대한 일시적인 화염 분석을 문서화합니다. 이 작업의 목표에는 지속적인 흐름 케이스 및 피크 흐름 케이스 연소 에틸렌에 대한 총 공기 수요 및 예상 화염 높이를 예측하는 것이 포함됩니다. ISIS-3D CFD 모델은 단일 버너 테스트와 모델 예측을 검증하기 위한 3개의 버너 테스트에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 데 사용되었습니다. 모델 검증을 기반으로 전체 필드가 시뮬레이션되었습니다. 플레어 필드의 모든 버너와 주변 울타리를 포함한 전체 필드 시뮬레이션이 수행되었습니다. ISIS-3D 예측은 화염이 울타리 상단을 넘어 확장되는 것을 방지하고 제한 사례로 간주되는 피크 흐름 케이스에 대해 눈에 띄는 연기를 발생시키지 않도록 울타리를 통해 충분한 공기가 유입되었음을 나타냅니다. 바람 울타리에 대한 방사선 유출은 최대 100,000W/m2로 예측됩니다.
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