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

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | foam-extend: Open Source CFD
   4    \\    /   O peration     | Version:     3.2
   5     \\  /    A nd           | Web:         http://www.foam-extend.org
   6      \\/     M anipulation  | For copyright notice see file Copyright
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  16     foam-extend is distributed in the hope that it will be useful, but
  17     WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19     General Public License for more details.
  20
  21     You should have received a copy of the GNU General Public License
  22     along with foam-extend.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  25
  26 #include "COxidationDiffusionLimitedRate.H"
  27 #include "mathematicalConstants.H"
  28
  29 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
  30
  31 template<class CloudType>
  32 Foam::COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>::COxidationDiffusionLimitedRate
  33 (
  34     const dictionary& dict,
  35     CloudType& owner
  36 )
  37 :
  38     SurfaceReactionModel<CloudType>(dict, owner, typeName),
  39     Sb_(dimensionedScalar(this->coeffDict().lookup("Sb")).value()),
  40     D_(dimensionedScalar(this->coeffDict().lookup("D")).value()),
  41     CsLocalId_(-1),
  42     O2GlobalId_(owner.composition().globalCarrierId("O2")),
  43     CO2GlobalId_(owner.composition().globalCarrierId("CO2")),
  44     WC_(0.0),
  45     WO2_(0.0),
  46     HcCO2_(0.0)
  47 {
  48     // Determine Cs ids
  49     label idSolid = owner.composition().idSolid();
  50     CsLocalId_ = owner.composition().localId(idSolid, "C");
  51
  52     // Set local copies of thermo properties
  53     WO2_ = owner.mcCarrierThermo().speciesData()[O2GlobalId_].W();
  54     scalar WCO2 = owner.mcCarrierThermo().speciesData()[CO2GlobalId_].W();
  55     WC_ = WCO2 - WO2_;
  56     HcCO2_ = owner.mcCarrierThermo().speciesData()[CO2GlobalId_].Hc();
  57
  58     if (Sb_ < 0)
  59     {
  60         FatalErrorIn
  61         (
  62             "COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>"
  63             "("
  64                 "const dictionary&, "
  65                 "CloudType&"
  66             ")"
  67         )   << "Stoichiometry of reaction, Sb, must be greater than zero" << nl
  68             << exit(FatalError);
  69     }
  70 }
  71
  72
  73 // * * * * * * * * * * * * * * * * Destructor  * * * * * * * * * * * * * * * //
  74
  75 template<class CloudType>
  76 Foam::COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>::
  77 ~COxidationDiffusionLimitedRate()
  78 {}
  79
  80
  81 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
  82
  83 template<class CloudType>
  84 bool Foam::COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>::active() const
  85 {
  86     return true;
  87 }
  88
  89
  90 template<class CloudType>
  91 Foam::scalar Foam::COxidationDiffusionLimitedRate<CloudType>::calculate
  92 (
  93     const scalar dt,
  94     const label cellI,
  95     const scalar d,
  96     const scalar T,
  97     const scalar Tc,
  98     const scalar pc,
  99     const scalar rhoc,
 100     const scalar mass,
 101     const scalarField& YGas,
 102     const scalarField& YLiquid,
 103     const scalarField& YSolid,
 104     const scalarField& YMixture,
 105     const scalar N,
 106     scalarField& dMassGas,
 107     scalarField& dMassLiquid,
 108     scalarField& dMassSolid,
 109     scalarField& dMassSRCarrier
 110 ) const
 111 {
 112     // Fraction of remaining combustible material
 113     const label idSolid = CloudType::parcelType::SLD;
 114     const scalar fComb = YMixture[idSolid]*YSolid[CsLocalId_];
 115
 116     // Surface combustion active combustible fraction is consumed
 117     if (fComb < SMALL)
 118     {
 119         return 0.0;
 120     }
 121
 122     // Local mass fraction of O2 in the carrier phase
 123     const scalar YO2 = this->owner().mcCarrierThermo().Y(O2GlobalId_)[cellI];
 124
 125     // Change in C mass [kg]
 126     scalar dmC =
 127         4.0*mathematicalConstant::pi*d*D_*YO2*Tc*rhoc/(Sb_*(T + Tc))*dt;
 128
 129     // Limit mass transfer by availability of C
 130     dmC = min(mass*fComb, dmC);
 131
 132     // Change in O2 mass [kg]
 133     const scalar dmO2 = dmC/WC_*Sb_*WO2_;
 134
 135     // Mass of newly created CO2 [kg]
 136     const scalar dmCO2 = dmC + dmO2;
 137
 138     // Update local particle C mass
 139     dMassSolid[CsLocalId_] += dmC;
 140
 141     // Update carrier O2 and CO2 mass
 142     dMassSRCarrier[O2GlobalId_] -= dmO2;
 143     dMassSRCarrier[CO2GlobalId_] += dmCO2;
 144
 145     // Heat of reaction [J]
 146     return -HcCO2_*dmCO2;
 147 }
 148
 149
 150 // ************************************************************************* //