Влияние пластинчатых турбулизаторов потока на характеристики течения и смесеобразования топлива и окислителя в цилиндрическом стабилизаторном горелочном устройстве
Исследование закономерностей эффектов влияния на процессы переноса в цилиндрической стабилизаторной горелке пластинчатых турбулизаторов потока установленных на срывной кромке стабилизатора пламени. Особенности структуры течения топлива и окислителя.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.01.2019 |
| Размер файла | 381,7 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/
влияние пластинчатых турбулизаторов потока на характеристики течения и смесеобразования топлива и окислителя в цилиндрическом стабилизаторном горелочном устройстве
Проф. Н.М. Фиалко1, д-р техн. наук;
вед.н.с. Ю.В. Шеренковский1, канд. техн. наук; м.н.с. Н.В. Майсон1; вед.н.с. Н.О. Меранова1, канд. техн. наук; доц. М.З. Абдулин2, канд. техн. наук; доц. Л.С. Бутовский2, канд. техн. наук; м.н.с. Н.П. Полозенко1; аспир. А.В. Клищ1; м.н.с. С.Н. Стрижеус1; м.н.с. А.Б. Тимощенко1
1 Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев;
2 Национальный технический университет Украины "КПИ", г. Киев
Представлены данные численных исследований закономерностей эффектов влияния на процессы переноса в цилиндрической стабилизаторной горелке пластинчатых турбулизаторов потока установленных на срывной кромке стабилизатора пламени. Приведены особенности структуры течения топлива и окислителя при наличии и отсутствии турбулизаторов потока. Проанализированы результаты расчетов, касающиеся особенностей процессов смесеобразования в рассматриваемом горелочном устройстве.
Ключевые слова: пластинчатый турбулизатор потока, цилиндрическая стабилизаторная горелка, CFD-моделирование.
цилиндрический стабилизаторный пластинчатый горелка
Фіалко Н.М., Шеренковський Ю.В., Майсон М.В., Меранова Н.О., АбдулінМ.З., БутовськийЛ.С., ПолозенкоН.П., Кліщ А.В., Стрижеус С.М., Тимощенко О.Б. Вплив пластинчастих турбулізаторів потоку на характеристики течії та сумішоутворення палива та окисника в циліндричному стабілізаторному пальниковому пристрої
Представлено дані числових досліджень закономірностей ефектів впливу на процеси переносу в циліндричному стабілізаторному пальнику пластинчастих турбулізаторів потоку встановлених на зривній кромці стабілізатора полум'я. Наведено особливості структури течій палива та окисника при наявності та відсутності турбулізаторів потоку. Проаналізовано дані розрахунків щодо особливостей процесів сумішоутворення в пальниковому пристрої, що розглядається.
Ключові слова: пластинчастий турбулізатор потоку, циліндричний стабілізаторний пальник, CFD-моделювання.
FialkoN.M., Sherenkovsky Y.V., MaisonM.V., MeranovaN.O., AbdulinM.Z., ButovskyL.S., PolozekoN.P., Klishch A.V., StryzheusS.M., Timoshchenko O.B. The Impact of Flat Flow Energizers on Flow Cha racteristics and Mixing Fuel and Oxidizer within a Cylindrical Stabilizer Burner
The numerical investigation of effects on transfer processes in the cylindrical stabilizer burner of flat flow energizers placed on a flame holder stalling edge are performed. The features of fuel and oxidizer flow pattern with and without the flow energizers are discussed. The computation results of mixing processes in the burner are analysed.
Keywords: flat flow energizer, cylindrical stabilizer burner, CFD-modeling, transfer process
Введение
К важным способам повышения эффективности сжигания топлива в стабилизаторах горелочных устройствах относится интенсификация их рабочих процессов [1-5]. В рамках данной работы рассматривается возможность использования такого метода интенсификации, как установка пластинчатых турбулизаторов потока.
Указанная возможность исследуется относительно цилиндрического горелочного устройства стабилизаторного типа с подачей топлива через систему отверстий на боковой поверхности стабилизатора в сносящий поток окислителя. Выбор данного горелочного устройства как объекта исследования, обусловленный растущими потребностями энергетической практики в применении этих устройств, сферой внедрения которых являются огнетехнические объекты малой мощности.
Постановка задачи и результаты исследования
Общий вид рассматриваемого горелочного устройства с турбулизаторами потока и его геометрические характеристики представлены на рис. 1. В качестве исходных данных исследования принимались следующие значения: расход газа (метана) 10 м3/час; коэффициент избытка воздуха составлял 1,1; абсолютная температура газа и воздуха - 300 K; интенсивность турбулентности потока на входе в горелку принималась равной 3 %; расстояние L1 от газоподающих отверстий до срывной кромки стабилизатора пламени - 0,06 м.
Рис. 1. Общий вид цилиндрического стабилизаторного горелочного устройства с пластинчатыми турбулизаторами потока (а) и его продольный разрез (б): 1) цилиндрический канал; 2) цилиндрический стаоилизатор пламени3) газоподающие отверстия; 4) пластинчатый туроулизатор
Приведенные ниже результаты исследования получены с использованием программного пакета FLUENT.
Перейдем к рассмотрению закономерностей течения топлива и окислителя в цилиндрическом стабилизаторном горелочном устройстве при наличии на его срывной кромке пластинчатых турбулизаторов потока. При этом полученные данные сопоставляются с ситуацией, когда такие турбулизаторы отсутствуют. В соответствии с результатами математического моделирования установка на срывной кромке стабилизатора пластинчатых турбулизаторов приводит к существенному изменению структуры потока топлива и окислителя (рис. 2).
Рис. 2. Линии тока при наличии (а) и отсутствии (б) пластинчатых турбулизаторов потока
Так, за каждым из них возникают зоны рециркуляции, размеры которых значительно превышают величину рециркуляционной зоны в закормовой области стабилизатора, как в случае наличия, так и отсутствия турбулизаторов. Как видно из рис. 3, при использовании турбулизаторов длина зоны обратных токов за стабилизатором увеличивается почти в 1,5 раза, а также в 1,3 раза повышается максимальная скорость течения в данной зоне. Таким образом, установка пластинчатых турбулизаторов благоприятно влияет на условия стабилизации пламени благодаря росту размеров зоны обратных токов, а также увеличению значения максимальной скорости течения в ней.
Рис. 3. Распределение осевой компоненты скорости вдоль оси турбулентного следа за цилиндрическим стабилизатором пламени при отсутствии (1) и наличии (2) турбулизаторов потока
Согласно полученным данным вычислительных экспериментов в условиях наличия пластинчатых турбулизаторов наблюдается существенное повышение уровней интенсивности турбулентности потока I по отношению к ситуации их отсутствия (рис. 4-6, где сплошные линии отвечают границам зон обратных токов). Так, в поперечном сечении горелочного устройства, отвечающему срывной кромке стабилизатора, при установке турбулизаторов максимальные значения I достигают 58 % (рис 4; а, б), что в 1,8 раза превышает соответствующие величины для ситуации, когда горелка не оборудована турбулизаторами потока. Различия в максимальных значениях интенсивности турбулентности AImax снижаются по мере удаления от срывной кромки стабилизатора пламени вниз по потоку. В поперечных сечениях z=0,25 м; 0,27 м; 0,3 м и 0,4 м, значения A!max равны 32 %; 20 %; 15 % и 8 % соответственно (рис. 4, 5).
Рис. 4. Поля интенсивности турбулентности при наличии (а), (в) и отсутствии (б), (г) турбулизаторов потока в поперечных сечениях горелки z = const, расположенных на срывной кромке стабилизатора и за ней по потоку: а), б) -z = 0,25 м (срывная кромка стабилизатора); в), г) -z = 0,27м
Наибольшие значения величины I наблюдаются непосредственно за турбулизаторами, на оси турбулентного следа за цилиндрическим стабилизатором эти величины существенно меньше. Как видно из рис. 6, здесь при наличии турбулизатора значение I не превышает 31 %, а при его отсутствии - 22 %.
Полученные результаты математического моделирования показали также, что установка турбулизаторов обуславливает сравнительно незначительное повышение потерь давления на горелочном устройстве. При отсутствии и наличии турбулизаторов потока, они равны 11,4 Па и 24,9 Па соответственно.
Рис. 5. Поля интенсивности турбулентности при наличии (а), (в) и отсутствии (б), (г) турбулизаторов потока в поперечных сечениях горелочного устройства z = const, расположенных за срывной кромкой: а), б) - z = 0,3 м; в), г) - z = 0,4 м
Результаты исследования, иллюстрирующие особенности смесеобразования топлива и окислителя в цилиндрическом стабилизаторном горелочном устройстве при наличии и отсутствии пластинчатых турбулизаторов потока, представлены на рис. 7-8 (сплошные линии обозначают границ зон обратных токов). Здесь зоны I, II отвечают содержанию метана в смеси ниже нижнего и выше верхнего концентрационных пределов воспламенения соответственно. В зоне III смесь топлива и окислителя находится в концентрационных пределах воспламенения.
Рис. 6. Распределение интенсивности турбулентности вдоль оси турбулентного следа за цилиндрическим стабилизатором при отсутствии (1) и наличии (2) турбулизаторов потока
Рис. 7. Поля массовой концентрации метана при наличии (а), (б) и отсутствии (в) турбулизаторов потока в продольном сечении ф = 0° (а), (в) и ф = 45° (б)
Таким образом, установка пластинчатых турбулизаторов потока на срывной кромке стабилизатора пламени обеспечивает существенную турбулизацию потока при относительно небольшом увеличении гидравлического сопротивления горелочного устройства.
Как видно из рис. 7, в зоне рециркуляционного течения в ближнем следе за стабилизатором в обеих рассматриваемых ситуациях, обеспечиваются нужные концентрационные пределы горючей смеси, что является необходимым условием для стабилизации пламени.
Данные, приведенные на рис. 8, свидетельствуют о том, что за турбули- затором потока образуется зона значительных размеров, в которой топливная смесь находится в концентрационных пределах воспламенения. Таким образом, при установке турбулизаторов наблюдается как турбулизация потока, так и соответствующая интенсификация процессов смесеобразования.
Рис. 8. Поля массовой концентрации метана при наличии (а), (в), (д), (ж) и отсутствии (б), (г), (е), (з) турбулизаторов потока в поперечных сечениях горелки z = const, расположенных на срывной кромке стабилизатора и за ней:
а), б) - z = 0,25 м (срывная кромка стабилизатора); в), г) - z = 0,27м; д), е) -z = 0,3 м; ж), з) - z = 0,4 м
Выводы
Проведен анализ возможностей интенсификации течения и смесеобразования в цилиндрических горелках путем установки на срывных кромках стабилизатора пластинчатых турбулизаторов потока. При этом показано, что:
• применение турбулизаторов обеспечивает значительную турбулизацию потока;
• при установке турбулизаторов наблюдается интенсификация процессов смесеобразования в соответствии с турбулизацией потока топлива и окислителя;
• потери давления в горелке, обусловленные наличием турбулизаторов потока, являются относительно небольшими и составляют для исследуемой ситуации 13,5 Па.
Литература
1. Фиалко Н.М. Компьютерное моделирование процесса смесеобразования в горелочных устройствах стабилизаторного типа с подачей газа внедрением в сносящий поток воздуха / Н.М. Фиалко, Л.С. Бутовский, В.Г. Прокопов и др. // Промышленная теплотехника. - 201І. - Т. 33, № 1. - С. 51-56.
2. Леонтьев А.И. Вихревая интенсификация тепло-и массообменных процессов с помощью луночных технологий (численное и физическое моделирование) / А.И. Леонтьев, С.А Исаев // Труды 5-ой Национальной конференции по теплообмену (РНКТ-5), Москва, 25-29 октября 2010. - М. : Изд-во МЭИ (ТУ). - Т. 6. - С. 102-105.
3. Експериментальні дослідження структури течії у пальникових пристроях стабілізаторного типу з застосуванням кутових турбулізаторів потоку / Л.С. Бутовський, Н.М. Фіалко, В.Г. Прокопов та ін. // Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики : матер. ХХІІ Меж- дунар. конф., Ялта 8-12 июня 2012 г. - К. : Изд-во "Ялта", 2012. - С. 141-145.
4. Фіалко Н.М. Дослідження характеристик течії в системі плоских стабілізаторів полум'я з пластинчастими турбулізаторами потоку / Н.М. Фіалко, С.А. Альошко, К.В. Ракитько та ін. // Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики : матер. ХХІ Междунар. конф., Ялта 7-11 июня 2011 г. - К. : Изд-во "Ялта", 2011. - С. 175-177.
5. Фіалко Н.М. Особливості структури течії в решітці стабілізаторів полум'я з полум'яперекидними перемичками / Н.М. Фіалко, С.А. Альошко, М.В. Майсон та ін. // Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики : матер. ХХІ Междунар. конф., Ялта 7-11 июня 2011 г. - К. : Изд-во "Ялта", 2011. - С. 183-187.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Схема пастеризационно-охладительной установки и особенности конструирования пластинчатых теплообменников. Основная схема компоновки многопакетных пластинчатых аппаратов. Расчёт комбинированного пластинчатого аппарата для пастеризации и охлаждения молока.
курсовая работа [379,6 K], добавлен 17.11.2014Методы экспериментального исследования теплообмена при конденсации, теплопередача в каналах пластинчатого конденсатора. Расчет площади поверхности теплопередачи и количества пластин пластинчатого конденсатора. Гомогенная структура двухфазного потока.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 07.11.2011Состав, зольность и влажность твердого, жидкого и газообразного топлива. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Расход топлива котельного агрегата. Основные характеристики топочных устройств. Определение теплового баланса котельного устройства.
курсовая работа [108,9 K], добавлен 16.01.2015Разработка лабораторной установки для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него магнитного поля. Расчет экономии топлива при использовании магнитного активатора. Исследование изменения масса баллона и характера пламени.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 20.03.2017Расчет расхода газового топлива и процесс горения его в топочном устройстве. Определение максимальной скорости распространения пламени. Концентрационные пределы взрываемости при работе топочного устройства. Расчет энергии и мощности химического взрыва.
курсовая работа [780,0 K], добавлен 15.10.2013Элементарный состав и геометрические характеристики топлива. Определение объемов воздуха и продуктов сгорания топлива при нормальных условиях. Состав котельной установки. Конструкция и принцип действия деаэратора. Конструктивный расчет парового котла.
курсовая работа [594,6 K], добавлен 25.02.2015Назначение, область применения и классификация дизельного топлива. Основные этапы промышленного производства ДТ. Выбор номенклатуры показателей качества дизельного топлива. Зависимость вязкости топлива от температуры, степень чистоты, температура вспышки.
курсовая работа [760,9 K], добавлен 12.10.2011Влияние конструктивных и режимных параметров циклонной камеры на ее аэродинамику. Скоростные характеристики ядра потока газа; турбулентный обмен. Определение общего сопротивления циклонной камеры скорости потока, ее вращательной и осевой составляющих.
курсовая работа [867,2 K], добавлен 10.11.2015Химический состав и технические характеристики топлива, используемого в котле. Определение объемов и теплосодержания воздуха и продуктов сгорания топлива. Геометрические размеры топки. Расчет конструктивных поверхностей фестона и паропрогревателя.
курсовая работа [368,1 K], добавлен 31.10.2022Расчетное исследование влияния основных параметров топочного процесса на полноту сгорания топлива в котле. Математическое моделирование горения движущейся коксовой частицы. Расчет движения частицы в заданном поле скоростей и горения коксового остатка.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.08.2012Изучение экстракционной технологии производства экологически чистого дизельного топлива. Описание технологической схемы получения очищенного топлива. Расчет реактора гидроочистки дизельной фракции, стабилизационной колонны и дополнительного оборудования.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.01.2012Техническое описание на модель мужской сорочки. Описание внешнего вида. Режимы и особенности технологической обработки материалов. Выбор типа потока, вида запуска, транспортных средств. Составление технологической схемы потока, согласование его операций.
курсовая работа [83,1 K], добавлен 10.04.2016Проектирование потока швейного производства на основании решения технологических, технических и организационно-экономических задач. Обоснование выбора модели и материалов. Техническое описание моделей - женского жакета и платья. Расчет и анализ потока.
курсовая работа [936,7 K], добавлен 02.07.2014Анализ состава топлива по объему и теплоты сгорания топлива. Характеристика продуктов сгорания в газоходах парогенератора. Конструктивные размеры и характеристики фестона, экономайзера и пароперегревателя. Сопротивление всасывающего кармана дымососа.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 17.02.2022Проект установки для изучения течения и процессов теплоотдачи в сложных пространственных каналах. Определение расчётных параметров течения в экспериментальной установке на четырёх участках. Разработка методики определения расхода воздуха по его нагреву.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 06.06.2013Общая характеристика и особенности утилизации отходов ракетного топлива, в состав которого входит нитрат аммония. Понятие, сущность, классы, состав и баллистические свойства твердого ракетного топлива, а также его и описание основных методик утилизации.
курсовая работа [56,9 K], добавлен 11.10.2010Тенденции в использовании альтернативного топлива и отходов промышленности. Основные зоны футеровки в цементной промышленности, подверженные наибольшим перегрузкам. Проникновение солей в огнеупорный материал. Особенности влияние топлива на футеровку.
творческая работа [945,2 K], добавлен 09.02.2010Технологические, технические и организационно-экономические задачи расчета потока швейного производства. Определение наиболее рациональной формы организации потоков и размещение их в цехе. Выбор типа потока, анализ и расчет его технологической схемы.
курсовая работа [519,8 K], добавлен 08.08.2010Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии; приборы для сжигания топлива. Назначение трубчатых печей, конструкция, теплотехнические показатели. Расчет процесса горения: КПД печи, тепловая нагрузка, расход топлива; расчет камер радиации и конвекции.
курсовая работа [122,1 K], добавлен 06.06.2012Канал регулирования соотношения компонентов топлива и суммарного расхода. Метод измерения комплексного сопротивления мостовой измерительной схемы датчика расхода топлива. Разработка схемы электрической принципиальной, ее описание. Расчет усилителей.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 13.11.2015
