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

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
   4    \\    /   O peration     |
   5     \\  /    A nd           | Copyright (C) 2011 OpenFOAM Foundation
   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 "COxidationDiffusionLimitedRate.H"
  27 #include "mathematicalConstants.H"
  28
  29 using namespace Foam::constant;
  30
  31 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
  32
  33 template<class CloudType>
  34 Foam::COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>::COxidationDiffusionLimitedRate
  35 (
  36     const dictionary& dict,
  37     CloudType& owner
  38 )
  39 :
  40     SurfaceReactionModel<CloudType>(dict, owner, typeName),
  41     Sb_(readScalar(this->coeffDict().lookup("Sb"))),
  42     D_(readScalar(this->coeffDict().lookup("D"))),
  43     CsLocalId_(-1),
  44     O2GlobalId_(owner.composition().globalCarrierId("O2")),
  45     CO2GlobalId_(owner.composition().globalCarrierId("CO2")),
  46     WC_(0.0),
  47     WO2_(0.0),
  48     HcCO2_(0.0)
  49 {
  50     // Determine Cs ids
  51     label idSolid = owner.composition().idSolid();
  52     CsLocalId_ = owner.composition().localId(idSolid, "C");
  53
  54     // Set local copies of thermo properties
  55     WO2_ = owner.thermo().carrier().W(O2GlobalId_);
  56     const scalar WCO2 = owner.thermo().carrier().W(CO2GlobalId_);
  57     WC_ = WCO2 - WO2_;
  58
  59     HcCO2_ = owner.thermo().carrier().Hc(CO2GlobalId_);
  60
  61     if (Sb_ < 0)
  62     {
  63         FatalErrorIn
  64         (
  65             "COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>"
  66             "("
  67                 "const dictionary&, "
  68                 "CloudType&"
  69             ")"
  70         )   << "Stoichiometry of reaction, Sb, must be greater than zero" << nl
  71             << exit(FatalError);
  72     }
  73
  74     const scalar YCloc = owner.composition().Y0(idSolid)[CsLocalId_];
  75     const scalar YSolidTot = owner.composition().YMixture0()[idSolid];
  76     Info<< "    C(s): particle mass fraction = " << YCloc*YSolidTot << endl;
  77 }
  78
  79
  80 template<class CloudType>
  81 Foam::COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>::COxidationDiffusionLimitedRate
  82 (
  83     const COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>& srm
  84 )
  85 :
  86     SurfaceReactionModel<CloudType>(srm),
  87     Sb_(srm.Sb_),
  88     D_(srm.D_),
  89     CsLocalId_(srm.CsLocalId_),
  90     O2GlobalId_(srm.O2GlobalId_),
  91     CO2GlobalId_(srm.CO2GlobalId_),
  92     WC_(srm.WC_),
  93     WO2_(srm.WO2_),
  94     HcCO2_(srm.HcCO2_)
  95 {}
  96
  97
  98 // * * * * * * * * * * * * * * * * Destructor  * * * * * * * * * * * * * * * //
  99
 100 template<class CloudType>
 101 Foam::COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>::
 102 ~COxidationDiffusionLimitedRate()
 103 {}
 104
 105
 106 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
 107
 108 template<class CloudType>
 109 Foam::scalar Foam::COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>::calculate
 110 (
 111     const scalar dt,
 112     const label cellI,
 113     const scalar d,
 114     const scalar T,
 115     const scalar Tc,
 116     const scalar pc,
 117     const scalar rhoc,
 118     const scalar mass,
 119     const scalarField& YGas,
 120     const scalarField& YLiquid,
 121     const scalarField& YSolid,
 122     const scalarField& YMixture,
 123     const scalar N,
 124     scalarField& dMassGas,
 125     scalarField& dMassLiquid,
 126     scalarField& dMassSolid,
 127     scalarField& dMassSRCarrier
 128 ) const
 129 {
 130     // Fraction of remaining combustible material
 131     const label idSolid = CloudType::parcelType::SLD;
 132     const scalar fComb = YMixture[idSolid]*YSolid[CsLocalId_];
 133
 134     // Surface combustion active combustible fraction is consumed
 135     if (fComb < SMALL)
 136     {
 137         return 0.0;
 138     }
 139
 140     const SLGThermo& thermo = this->owner().thermo();
 141
 142     // Local mass fraction of O2 in the carrier phase
 143     const scalar YO2 = thermo.carrier().Y(O2GlobalId_)[cellI];
 144
 145     // Change in C mass [kg]
 146     scalar dmC = 4.0*mathematical::pi*d*D_*YO2*Tc*rhoc/(Sb_*(T + Tc))*dt;
 147
 148     // Limit mass transfer by availability of C
 149     dmC = min(mass*fComb, dmC);
 150
 151     // Change in O2 mass [kg]
 152     const scalar dmO2 = dmC/WC_*Sb_*WO2_;
 153
 154     // Mass of newly created CO2 [kg]
 155     const scalar dmCO2 = dmC + dmO2;
 156
 157     // Update local particle C mass
 158     dMassSolid[CsLocalId_] += dmC;
 159
 160     // Update carrier O2 and CO2 mass
 161     dMassSRCarrier[O2GlobalId_] -= dmO2;
 162     dMassSRCarrier[CO2GlobalId_] += dmCO2;
 163
 164     const scalar HsC = thermo.solids().properties()[CsLocalId_].Hs(T);
 165
 166     // carrier sensible enthalpy exchange handled via change in mass
 167
 168     // Heat of reaction [J]
 169     return dmC*HsC - dmCO2*HcCO2_;
 170 }
 171
 172
 173 // ************************************************************************* //