src/lagrangian/coalCombustion/submodels/surfaceReactionModel/COxidationKineticDiffusionLimitedRate/COxidationKineticDiffusionLimitedRate.C

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
   4    \\    /   O peration     |
   5     \\  /    A nd           | Copyright (C) 2008-2011 OpenCFD Ltd.
   6      \\/     M anipulation  |
   7 -------------------------------------------------------------------------------
   8 License
   9     This file is part of OpenFOAM.
  10
  11     OpenFOAM is free software: you can redistribute it and/or modify it
  12     under the terms of the GNU General Public License as published by
  13     the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  14     (at your option) any later version.
  15
  16     OpenFOAM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  17     ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  18     FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
  19     for more details.
  20
  21     You should have received a copy of the GNU General Public License
  22     along with OpenFOAM.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  25
  26 #include "COxidationKineticDiffusionLimitedRate.H"
  27 #include "mathematicalConstants.H"
  28
  29 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
  30
  31 template<class CloudType>
  32 Foam::COxidationKineticDiffusionLimitedRate<CloudType>::
  33 COxidationKineticDiffusionLimitedRate
  34 (
  35     const dictionary& dict,
  36     CloudType& owner
  37 )
  38 :
  39     SurfaceReactionModel<CloudType>(dict, owner, typeName),
  40     Sb_(readScalar(this->coeffDict().lookup("Sb"))),
  41     C1_(readScalar(this->coeffDict().lookup("C1"))),
  42     C2_(readScalar(this->coeffDict().lookup("C2"))),
  43     E_(readScalar(this->coeffDict().lookup("E"))),
  44     CsLocalId_(-1),
  45     O2GlobalId_(owner.composition().globalCarrierId("O2")),
  46     CO2GlobalId_(owner.composition().globalCarrierId("CO2")),
  47     WC_(0.0),
  48     WO2_(0.0),
  49     HcCO2_(0.0)
  50 {
  51     // Determine Cs ids
  52     label idSolid = owner.composition().idSolid();
  53     CsLocalId_ = owner.composition().localId(idSolid, "C");
  54
  55     // Set local copies of thermo properties
  56     WO2_ = owner.thermo().carrier().W(O2GlobalId_);
  57     const scalar WCO2 = owner.thermo().carrier().W(CO2GlobalId_);
  58     WC_ = WCO2 - WO2_;
  59
  60     HcCO2_ = owner.thermo().carrier().Hc(CO2GlobalId_);
  61
  62     const scalar YCloc = owner.composition().Y0(idSolid)[CsLocalId_];
  63     const scalar YSolidTot = owner.composition().YMixture0()[idSolid];
  64     Info<< "    C(s): particle mass fraction = " << YCloc*YSolidTot << endl;
  65 }
  66
  67
  68 template<class CloudType>
  69 Foam::COxidationKineticDiffusionLimitedRate<CloudType>::
  70 COxidationKineticDiffusionLimitedRate
  71 (
  72     const COxidationKineticDiffusionLimitedRate<CloudType>& srm
  73 )
  74 :
  75     SurfaceReactionModel<CloudType>(srm),
  76     Sb_(srm.Sb_),
  77     C1_(srm.C1_),
  78     C2_(srm.C2_),
  79     E_(srm.E_),
  80     CsLocalId_(srm.CsLocalId_),
  81     O2GlobalId_(srm.O2GlobalId_),
  82     CO2GlobalId_(srm.CO2GlobalId_),
  83     WC_(srm.WC_),
  84     WO2_(srm.WO2_)
  85 {}
  86
  87
  88 // * * * * * * * * * * * * * * * * Destructor  * * * * * * * * * * * * * * * //
  89
  90 template<class CloudType>
  91 Foam::COxidationKineticDiffusionLimitedRate<CloudType>::
  92 ~COxidationKineticDiffusionLimitedRate()
  93 {}
  94
  95
  96 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
  97
  98 template<class CloudType>
  99 Foam::scalar Foam::COxidationKineticDiffusionLimitedRate<CloudType>::calculate
 100 (
 101     const scalar dt,
 102     const label cellI,
 103     const scalar d,
 104     const scalar T,
 105     const scalar Tc,
 106     const scalar pc,
 107     const scalar rhoc,
 108     const scalar mass,
 109     const scalarField& YGas,
 110     const scalarField& YLiquid,
 111     const scalarField& YSolid,
 112     const scalarField& YMixture,
 113     const scalar N,
 114     scalarField& dMassGas,
 115     scalarField& dMassLiquid,
 116     scalarField& dMassSolid,
 117     scalarField& dMassSRCarrier
 118 ) const
 119 {
 120     // Fraction of remaining combustible material
 121     const label idSolid = CloudType::parcelType::SLD;
 122     const scalar fComb = YMixture[idSolid]*YSolid[CsLocalId_];
 123
 124     // Surface combustion active combustible fraction is consumed
 125     if (fComb < SMALL)
 126     {
 127         return 0.0;
 128     }
 129
 130     const SLGThermo& thermo = this->owner().thermo();
 131
 132     // Local mass fraction of O2 in the carrier phase
 133     const scalar YO2 = thermo.carrier().Y(O2GlobalId_)[cellI];
 134
 135     // Diffusion rate coefficient
 136     const scalar D0 = C1_/d*pow(0.5*(T + Tc), 0.75);
 137
 138     // Kinetic rate
 139     const scalar Rk = C2_*exp(-E_/(specie::RR*Tc));
 140
 141     // Particle surface area
 142     const scalar Ap = constant::mathematical::pi*sqr(d);
 143
 144     // Change in C mass [kg]
 145     scalar dmC = Ap*rhoc*specie::RR*Tc*YO2/WO2_*D0*Rk/(D0 + Rk)*dt;
 146
 147     // Limit mass transfer by availability of C
 148     dmC = min(mass*fComb, dmC);
 149
 150     // Molar consumption
 151     const scalar dOmega = dmC/WC_;
 152
 153     // Change in O2 mass [kg]
 154     const scalar dmO2 = dOmega*Sb_*WO2_;
 155
 156     // Mass of newly created CO2 [kg]
 157     const scalar dmCO2 = dOmega*(WC_ + Sb_*WO2_);
 158
 159     // Update local particle C mass
 160     dMassSolid[CsLocalId_] += dOmega*WC_;
 161
 162     // Update carrier O2 and CO2 mass
 163     dMassSRCarrier[O2GlobalId_] -= dmO2;
 164     dMassSRCarrier[CO2GlobalId_] += dmCO2;
 165
 166     const scalar HsC = thermo.solids().properties()[CsLocalId_].Hs(T);
 167
 168     // carrier sensible enthalpy exchange handled via change in mass
 169
 170     // Heat of reaction [J]
 171     return dmC*HsC - dmCO2*HcCO2_;
 172 }
 173
 174
 175 // ************************************************************************* //