Исследование автомодельности при турбулентном горении газового факела метана в камере сгорания
Решение задачи о диффузионном горении турбулентной струи метана, распространяющейся вдоль оси прямоугольного канала в спутном потоке окислителя в камере сгорания. Описание осесимметричного струйного турбулентного реагирующего течения теплоемкости.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.06.2018 |
| Размер файла | 279,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование автомодельности при турбулентном горении газового факела метана в камере сгорания
Аскарова А.С.
Болегенова С.А.
Бекмухамет А.
Максимов В.Ю.
Оспанова Ш.С.
Габитова З.Г.
Ергалиева А.Б.
Аннотация
Цель данного исследования - решение задачи о диффузионном горении турбулентной струи метана, распространяющейся вдоль оси прямоугольного канала в спутном потоке окислителя.
Ключевые слова: метан, диффузионное горение, автомодельность.
Горение газового топлива происходит путем распространения пламени в потоке его смеси с окислителем, в частности воздухом, и продуктами сгорания. Пламя представляет собой тонкую зону, в которой происходит химическая реакция горения и которая отделяет продукты сгорания от свежей смеси. В каждый момент времени в результате передачи теплоты от фронта пламени происходит воспламенение прилегающих слоев газа, что и воспринемается как распространение пламени. Нагреву способствует также диффузия между продуктами сгорания и свежей газовоздушной смесью [1].
При формулировке математической модели были использованы следующие предположения и допущения:
- Течение является стационарным и двумерным, т.е. u(x,y), v(x,y);
- Течение является сжимаемым, т.е. с?const. При этом предполагается, что для определения плотности можно использовать уравнение состояния идеального газа:
здесь mi - масса i-той компоненты, Мi - молярная масса i-той компоненты.
- В качестве окислителя используется воздух, при этом считается, что он состоит только из кислорода (23,2%) и азота (76,8%). Азот присутствует в качестве разбавителя и в реакции не участвует;
- Обобщенную реакцию горения метана можно записать следующим уравнением:
CH4 + 2O2 + N2 = CO2 + 2H2O + N2,
здесь метан (CH4) -топливо, кислород (O2)- окислитель, углекислый газ (CO2) и вода (H2O) - продукты реакции, азот (N2) - инертный разбавитель; теплоемкость турбулентный метан горение
- Удельные теплоемкости всех компонент смеси равны и не зависят от температуры;
- Пренебрежимо малое влияние потерь тепла на излучение;
- Коэффициенты диффузии всех компонент равны между собой и равны коэффициенту температуропроводности, т.е. Le=1.
С учетом сделанных предположений и допущений, система уравнений для описания осесимметричного струйного турбулентного реагирующего течения имеет следующий вид:
Было исследовано влияние горения на автомодельность течения в струе. Численное решение получено с учетом и без учета подъемной силы. Была решена задача о горении свободной турбулентной струи метана в воздухе. Результаты расчета для реагирующей струи сравниваются с инертной струей метана в воздухе для аналогичных начальных параметров (U0=87 м/с, r0=0,01 м, T0=300 K). На рисунке 1 сравниваются законы падения скорости на оси реагирующей и инертной струй.
Схема течения
При горении начальный участок струи гораздо длиннее и соответственно вся струя более дальнобойная, чем без горения. Чтобы сравнить законы падения в основном участке, на рисунке 2 приведены те же результаты в логарифмических координатах.
Рисунок 1 - Падение скорости на оси струи
Из анализа этого рисунка можно сделать вывод о том, что закон падения максимальной скорости в основном участке инертной струи является степенным, а в реагирующей струе это не так, так как зависимость u(x) в логарифмических координатах представляет собой не прямую, а кривую [2].
На рисунке 3 приведены профили температуры в различных сечениях реагирующей струи. Видно, что распределение температуры при горении качественно отличается от полей температуры без горения. В данном случае все профили имеют максимум в области фронта пламени. В отсутствие горения профили температуры аналогичны профилям скорости и являются автомодельными в основном участке струи.
Рисунок 2 - Падение скорости на оси струи
Рисунок 3 - Профили температуры в различных сечениях реагирующей струи
На основе анализа результатов проведенного исследования процессов тепломассопереноса при турбулентном горении газообразного топлива (метан) можно сделать следующие выводы:
- Температура во фронте пламени резко возрастает до своего максимального значения и затем остается постоянной на всем протяжении факела.
- Закон падения максимальной скорости в основном участке инертной струи является степенным, а в реагирующей струе отличается от степенного.
- Начальный участок инертной струи является автомодельным. В реагирующей струе автомодельность отсутствует даже на больших расстояниях от сопла, что соответствует выводу об отклонении закона падения скорости от степенного. Автомодельность профилей скорости в реагирующей турбулентной струе метана устанавливается только после того, как горение прекратится.
- Автомодельность профилей температуры в турбулентной струе при наличии горения, в отличие от инертной струи, отсутствует.
Литература
1. А.С.Аскарова, С.А.Болегенова, И.В.Локтионова Обобщение коэффициентов поверхностного трения при горении метана в плоском канале// Труды 4-й Российской национальной конференции по теплообмену, 23-27 октября 2006, Москва, т.3, с. 183-186.
2. Аскарова А.С., Болегенова С.А., Лаврищева Е.И., Локтионова И.В. Влияние начального уровня турбулентности на горение струи метана // Вестник КазНУ, серия физическая, 2003. - №.1(14). - C.18-24.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчеты газового потока в камере ракетного двигателя на сверхзвуковых и дозвуковых режимах, со скачками и без скачков уплотнения. Определение значений сил взаимодействия потока со стенками камеры и тяги двигателя. Расчет скоростей газового потока.
курсовая работа [616,3 K], добавлен 27.02.2015Порядок построения профиля канала переменного сечения. Методика расчета параметров газового потока. Основные этапы определения силы воздействия потока на камеру и тяги камеры при разных вариантах газового потока. Построение графиков изменения параметров.
курсовая работа [446,2 K], добавлен 18.11.2010Получение электроэнергии при сжигании различного топлива. Газотурбинная и паросиловая установки. Образование в камере сгорания продуктов горения. Сочетание паровых и газовых турбин. Повышение электрического КПД. Примеры парогазовых электростанций.
презентация [5,3 M], добавлен 03.04.2017Общая картина движения газа в циклонной камере. Влияние основных конструктивных и режимных характеристик на аэродинамику циклонной камеры. Описание стенда. Расчет распределений скоростей и давлений в циклонной камере по методу аэродинамического расчета.
курсовая работа [576,2 K], добавлен 13.09.2010Принцип работы тепловой электростанции. Идеальный и реальный термодинамический цикл. Изменение давления в зависимости от времени в камере сгорания. Обратимые термодинамические циклы газотурбинных двигателей. ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме.
контрольная работа [754,8 K], добавлен 30.11.2011Экспериментальное изучение теплоотдачи конвекцией от вертикального цилиндра к закрученному потоку воздуха в циклонной камере. Расчет статистических показателей, характеризующих отклонение опытных точек от рекомендуемой зависимости, оценка погрешностей.
курсовая работа [982,8 K], добавлен 20.07.2014Разработка многофункционального экспериментального огневого стенда, включающего в себя линии подачи топлива и окислителя. Проектирование горелочных насадок со сменными частями. Исследование вихревого горелочного устройства с тангенциальной закруткой.
курсовая работа [6,2 M], добавлен 23.03.2012Определение массовой, объемной и мольной теплоемкость газовой смеси. Расчет конвективного коэффициента теплоотдачи и конвективного теплового потока от трубы к воздуху в гараже. Расчет по формуле Д.И. Менделеева низшей и высшей теплоты сгорания топлива.
контрольная работа [117,3 K], добавлен 11.01.2015Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Локальный критерий Нуссельта. Влияние физических свойств жидкости на теплоотдачу. Плотности потоков теплоты и импульса при турбулентном режиме течения вдоль плоской стенки. Конвективный теплообмен шара.
лекция [3,1 M], добавлен 15.03.2014Кинетика горения. Влияние влажности на горение капли углеводородных топлив. Критическое условие воспламенения капли и его зависимость. Метод Зельдовича. Гистерезис горения. Срыв пламени. Горение в потоке воздуха. Естественная и вынужденная конвекция.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 28.03.2008Введение в турбулентный поток жидкости примесей. Механическая деструкция макромолекул при длительном пребывании в турбулентном потоке. Структура турбулентных течений с добавками. Влияние добавок полимеров и пав на течения со свободными границами.
контрольная работа [36,8 K], добавлен 25.08.2014Обработка и анализ результатов экспериментального исследования теплоотдачи конвекцией от вертикального цилиндра к закрученному потоку воздуха в циклонной камере. Оценка степени достоверности результатов обработки и погрешности полученных измерений.
курсовая работа [126,0 K], добавлен 12.09.2010Описание двигателя внутреннего сгорания - тепловой машины, в которой химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Сравнительная характеристика четырёхтактного и двухтактного двигателей, их применение.
презентация [9,0 M], добавлен 11.12.2016Перерасчет количества теплоты на паропроизводительность парового котла. Расчет объема воздуха, необходимого для сгорания, продуктов полного сгорания. Состав продуктов сгорания. Тепловой баланс котельного агрегата, коэффициент полезного действия.
контрольная работа [40,2 K], добавлен 08.12.2014Описание идеальных и реальных циклов двигателей внутреннего сгорания. Рассмотрение термодинамических процессов, происходящих в циклах. Изучение основных формул для расчета энергетических характеристик циклов и параметров в их характерных точках.
курсовая работа [388,1 K], добавлен 13.06.2015Характеристика турбулентного режима течения, определение ее зависимости от числа Рейнольдса. Значения абсолютной и эквивалентной шероховатости труб из некоторых материалов. Режимы течения в гидравлически гладких трубах, описание специальной установки.
реферат [347,2 K], добавлен 18.05.2010Краткое описание котельного агрегата БКЗ-420-140ГМ. Определение коэффициента избытка воздуха, объемов и энтальпий продуктов сгорания. Расчет пароперегревателя и воздухоподогревателя. Оценка общего сопротивления по участкам газового и воздушного трактов.
курсовая работа [585,9 K], добавлен 14.03.2012Описание основного закона термохимии. Экспериментальное определение тепловых эффектов. Устройство и принцип работы калориметра. Вычисление теплового баланса на пожаре. Расчет низшей теплоты сгорания разных пород древесины разной степени разложения.
дипломная работа [7,6 M], добавлен 22.04.2012Применение котлоагрегата в работе тепловой электростанции. Задачи конструктивного и поверочного расчета котла. Теплота сгорания смеси топлив и их характеристики. Объёмы воздуха и продуктов сгорания, энтальпия. Расчёт теплового баланса парогенератора.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 04.11.2009Описание котельного агрегата. Характеристики топлива, коэффициенты избытка воздуха по расчетным участкам, теоретические объемы воздуха и продукты сгорания. Действительные объемы продуктов сгорания, доли трехатомных газов и водяных паров, их энтальпия.
курсовая работа [700,9 K], добавлен 28.12.2012
