[论文解读] New Weighted Sum of Gray Gases (WSGG) Models for Radiation Calculation in Carbon Capture Simulations: Evaluation and Different Implementation Techniques

Osama A. Marzouk, E. David Huckaby|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 2024

Radiative Heat Transfer Studies被引用 5

一句话总结

本文将四种新近开发的 WSGGM 模型用于 H2O–CO2 混合物，与空气燃料 WSGGM 进行比较，评估内插方案，并使用有限体积 RT 求解来与基于谱线的参考进行精度评估。

ABSTRACT

We apply several weighted sum of gray gases models (WSGGMs) to calculate the radiative absorption coefficient for gas mixtures containing H2O and CO2. Our main objectives are to analyze and compare four WSGGMs which have been recently developed for oxy-fuel combustion. The models are compared with the widely-used air-fuel WSGGM of Smith et al. In addition to direct comparison of the absorption coefficients, we compare finite-volume solutions of the radiative equation of transfer in a 2m x 2m x 4m box with a specified inhomogeneous temperature field and a homogeneous mixture of the H2O, CO2 and N2. Calculations using a spectral line-based WSGGM (SLW) are used as a reference solution to estimate the accuracy. For each WSGGM, we apply two interpolation methods for determining the model coefficients at arbitrary H2O-to-CO2 ratios. For wet-recycle oxy-fuel combustion, we found that the deviation of the air-fuel WSGGM was not significantly larger than several of the newer models. However, with dry recycle (90 vol%-CO2) the air-fuel WSGGM model underpredicts the radiative flux and radiative heat source in contrast to the other models which overpredict these fields. Piecewise linear interpolation consistently improves the predictions of the air-fuel WSGGM, but only has a modest effect on the predictions of the oxy-fuel WSGGM's.

研究动机与目标

• 在碳捕集气体混合物（H2O/CO2/N2）背景下，分析并比较为氧燃烧开发的四个 WSGGM。
• 评估这些模型相对于基于谱线的 WSGGM (SLW) 参考的准确性。
• 评估两种系数插值方法对任意 H2O/CO2 比例下模型预测的影响。

提出的方法

• 使用四个 WSGGM 和空气燃料 WSGGM 作为基线，计算 H2O–CO2–N2 混合物的辐射吸收系数。
• 在具有非均匀温度场的 2 m × 2 m × 4 m 有限体积盒中比较辐射通量和辐射源项。
• 以 SLW 作为参考估计 WSGGMs 的准确性。
• 对任意 H2O/CO2 比例下的模型系数应用两种插值方法（包括分段线性插值）。
• 分析湿循环和干循环氧燃料情况下的结果（如 90 体积% CO2）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 H2O–CO2–N2 混合物中，与空气燃料 WSGGM 和 SLW 参考相比，四种较新的 WSGGM 在预测辐射吸收方面的表现如何？
• RQ2 系数插值对模型准确性的影响是什么，特别是在变化的 H2O/CO2 比例下？
• RQ3 湿循环和干循环氧燃料情景如何影响模型准确性和通量预测？
• RQ4 在碳捕集情境中，较新的 WSGGM 是否缓解了传统空气燃料 WSGGM 出现的低估或高估？

主要发现

• 在湿循环氧燃料条件下，空气燃料 WSGGM 的偏差并不显著大于若干较新的模型。
• 在干循环（90 体积% CO2）条件下，空气燃料 WSGGM 相对于其他模型低估了辐射通量和辐射热源，而其他模型则高估。
• 分段线性插值一贯地改善了空气燃料 WSGGM 的预测。
• 插值对氧燃料 WSGGMs 的预测影响仅为适度。
• SLW 作为用于估计 WSGGMs 准确性的参考解。
• 在干循环条件下，其他 WSGGMs 往往高估辐射场，而空气燃料 WSGGM 则低估。