» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Февраль, 2021 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №2 (47) 2021

Автор: Ишанкулыев Байрамдурды Курбанович, студент
Рубрика: Химические науки
Название статьи: Численный анализ горения капель в цилиндрической печи

Статья просмотрена: 137 раз
Дата публикации: 27.01.2021

УДК 54

ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ГОРЕНИЯ КАПЕЛЬ В

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Ишанкулыев Байрамдурды Курбанович

Джуманазаров Ягшымурат Джуманазарович

Шаназарова Дилшат Хайруллаевна

Хидирова Динара Бахадуровна

Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова, г. Элиста

 

Аннотация. На характеристики горения и выбросы жидкого топлива в основном влияют распыление жидкого топлива, движение и испарение капель топлива, а также смешивание топлива и воздуха. Надежное описание и моделирование горения распылением требует детального понимания воспламенения и горения капель. В последнее время стало очевидным, что понимание механизмов, связанных с распылительным горением, является ключом к разработке чистых и высокоэффективных устройств. В статье учитываются капли жидкого толуола и исследуются их характеристики горения для различных геометрий камер сгорания и размеров капель. Модель неадиабатической предполагаемой функции плотности вероятности используется с моделью высокого числа Рейнольдса k-ε. Слезные капли обрабатываются с использованием модели Рейца-Дивакара. Предварительные исследования показывают, что размер капель и их структура на входе в окислитель оказывают сильное влияние на распределение температуры горения и образование загрязняющих веществ

Ключевые слова: топливо, функция, механизм, капля.

 

Во многих технических системах брызги мелких капель топлива сжигаются в присутствии воздуха. Жидкое топливо, используемое в качестве источника энергии, распыляется на более мелкие капли, чтобы увеличить площадь поверхности топлива, подверженного воздействию горячих газов, и облегчить быструю газификацию и смешивание с богатой кислородом средой. Капельное горение имеет отношение ко многим практическим устройствам сгорания, включая дизельные, жидкостные ракетные и газотурбинные двигатели, а также масляные котлы, печи и технологические нагреватели. Жидкое топливо впрыскивается в камеру сгорания, и горение происходит по мере испарения капель и смешивания паров топлива с воздухом. Поэтому исследования динамики распыления и горения чрезвычайно важны для определения поведения устойчивости пламени при широко изменяющихся нагрузках, обеспечения безопасности и эффективного использования энергии, а также для лучшего понимания механизмов образования и разрушения загрязняющих веществ. Численное моделирование этих процессов является очень сложной задачей из-за жесткости химического состава и связи с потоком. Кроме того, поскольку топливо впрыскивается с высокими скоростями, природа потока в окрестности распыла турбулентна, и поэтому необходимо учитывать турбулентно-химические взаимодействия. Достоверное описание и моделирование процесса распыленного горения требует детального понимания процессов воспламенения и горения капель. В последнее время стало очевидным, что понимание механизмов, связанных с распылительным горением, является ключом к разработке экологически чистых и высокоэффективных устройств.  подход заключается в использовании передовых компьютерных моделей для таких фундаментальных исследований и для разработки практических устройств. Разработка современных вычислительных машин с высокоскоростными процессорами позволяет теоретикам формулировать и численно решать комплексные модели с более детальным рассмотрением физико-химических процессов, связанных с распылительным горением.  Горение одной капли жидкости в неподвижной атмосфере широко изучалось как экспериментально, так и численно. Большинство экспериментальных исследований связано с топливным этанолом и Н-гептаном. Проведено численное моделирование капель метанола и н-гептана. Лишь немногие исследования не предполагают сферической симметрии и тем не менее подробно рассматривают физику капель и химические процессы. В данном исследовании учитываются характеристики горения капель толуола в цилиндрической печи. Исследовано влияние различных размеров капель, различного количества капельных участков, различных скоростей потока первичного и вторичного воздуха. В качестве вычислительной области берется полная трехмерная геометрия без какой-либо цилиндрической или периодической симметрии. Испарение капель и последующее сгорание моделируется как дисперсный многофазный поток, состоящий из непрерывной фазы, которая может быть газообразной или жидкой, и одной дисперсной фазы в виде капель жидкости. В общем случае движение дисперсной фазы будет зависеть от движения непрерывной фазы и наоборот. Здесь дисперсная фаза летуча, реакционноспособна, между фазами происходит тепло-и массообмен. Уравнение сохранения капель в Лагранжевой системе. Капли могут стать неустойчивыми под действием межфазных сил, вызванных их движением относительно непрерывной фазы. Для распада капель жидкости в газовом потоке существует множество широко используемых моделей. Некоторые из них - Рейц и Дивакар, Пилч и Эрдман, Сян и Фаэт и т. д. В данной работе исследованы характеристики горения капель жидкого толуола для различных геометрий камер сгорания и размеров капель. Распад капель обрабатывается с помощью модели распада Рейца-Дивакара. Расчеты горения и моделирование турбулентности выполняются с использованием модели неадиабатической предполагаемой функции плотности вероятности и модели высокого числа Рейнольдса k-ε соответственно. Исследование показало, что размер капель, структура впуска и температура окислителя оказывают глубокое влияние на распределение температуры горения и образование загрязняющих веществ.



Список литературы:

  1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 2004.
  2. Демонстрационные опыты по общей и неорганической химии. / Под ред. Б.Д. Степина. – М.: Владос, 2003.
  3. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии: Современный курс для поступающих в вузы. – М.: Экзамен, 2004.
  4. Неорганическая химия: в 3 т. / Под ред. Ю.Д. Третьякова. Т. 2: Химия непереходных элементов. – М.: Академия, 2004.
  5. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1992.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: