Интенсификация процессов переноса в горелочном устройстве с цилиндрическим стабилизатором пламени
Исследование закономерностей процессов переноса в горелочном устройстве с цилиндрическим стабилизатором пламени. Интенсификация смесеобразования топлива и окислителя путем расположения газоподающих отверстий относительно срывной кромки стабилизатора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.01.2019 |
| Размер файла | 188,3 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/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Интенсификация процессов переноса в горелочном устройстве с цилиндрическим стабилизатором пламени
Н.М. Фиалко, д.т.н., професор
Ю.В. Шеренковский, к.т.н., м.н.с.
Н.В. Майсон, с.н.с.
Н.О. Меранова, к.т.н., доцент
Л.С. Бутовский, к.т.н., доцент
М.З. Абдулин, к.т.н., м.н.с.
Н.П. Полозенко, аспирант
А.В. Клищ, м.н.с.
С.Н. Стрижеус, м.н.с.
А.Б. Тимощенко
Аннотация
Представлены результаты исследования закономерностей процессов переноса в горелочном устройстве с цилиндрическим стабилизатором пламени при использовании различных способов интенсификации этих процессов. Проанализирована ситуация, отвечающая применению прямоугольной кольцевой ниши на боковой поверхности стабилизатора. Приведены данные исследования, касающиеся возможности интенсификации смесеобразования топлива и окислителя путем варьирования расположения газоподающих отверстий относительно срывной кромки стабилизатора.
Ключевые слова: интенсификация процессов переноса, математическое моделирование, кольцевая ниша, цилиндрический стабилизатор пламени.
Фіалко Н.М., Шеренковський Ю.В., Майсон М.В., Меранова Н.О., Бутовський Л.С., Абдулін М.З., Полозенко Н.П., Кліщ А.В., Стрижеус С.М., Тимощенко О.Б. Інтенсифікація процесів переносу в пальниковому пристрої з циліндричним стабілізатором полум'я
Представлено результати дослідження закономірностей процесів переносу в пальниковому пристрої з циліндричним стабілізатором полум'я у разі застосування різних способів інтенсифікації цих процесів. Проаналізовано ситуацію, що відповідає використанню прямокутної кільцевої ніші на бічній поверхні стабілізатора. Наведено дані досліджень щодо можливості інтенсифікації сумішоутворення палива та окисника шляхом варіювання місця розташування газоподавальних отворів відносно зривної кромки стабілізатора.
Ключові слова: інтенсифікація процесів переносу, математичне моделювання, кільцева ніша, циліндричний стабілізатор полум'я.
Fialko N.M., Sherenkovsky Y.V., Maison M.V., Meranova N.O., Butovsky L.S., Abdulin M.Z., Polozeko N.P., Klishch A.V., Stryzheus S.M., Timoshchenko O.B. The Intensification of Transfer Processes within a Burner with a Cylindrical Flame Holder
The patterns of relationship investigation results of transfer processes within a burner with a cylindrical flame holder, using different intensification methods of the processes are presented. The case of application a rectangular circular cavity on a lateral face of the flame holder is analyzed. The data of the research concerning potentiality of fuel and oxidizer mixing intensification in way of variation gas supply holes locations relatively the flame holder stalling edge is discussed.
Key words: transfer processes intensification, mathematical simulation, circular cavity, cylindrical flame holder.
Введение
Одним из актуальных направлений развития огнетехнического оборудования является повышение эффективности сжигания топлива в соответствующих горелочных устройствах. В последний период широкое распространение в энергетической практике находят горелки стабилизаторного типа с внедрением топлива в сносящий поток окислителя с боковых поверхностей стабилизаторов пламени. Различные аспекты рабочих процессов в указанных горелочных устройствах исследованы во многих работах (например [1-3]). Однако, главным образом, рассмотрению подлежали ситуации, отвечающие применению плоских стабилизаторов пламени.
В настоящей работе проведено исследование закономерностей процессов переноса в горелочном устройстве с цилиндрическим стабилизатором пламени при использовании различных способов интенсификации этих процессов. Проанализирована ситуация, отвечающая применению прямоугольной кольцевой ниши на боковой поверхности стабилизатора, а также обсуждены результаты исследования, касающиеся возможности интенсификации смесеобразования топлива и окислителя путем варьирования расположения газоподающих отверстий относительно срывной кромки стабилизатора.
Основные результаты исследования. Схема, продольный разрез и основные геометрические характеристики рассматриваемого горелочного устройства с цилиндрическим стабилизатором пламени приведены на рис. 1.
Условия проведения исследования отвечали следующим исходным данным: средняя скорость воздуха во входном сечении горелки U0 = 10 м/с; средняя скорость природного газа на выходе из газоподающих отверстий U0 = 55,3 м/с; интенсивность турбулентности на входе в горелочное устройство I0 = 3%; абсолютная температура воздуха и газа T = 300 К; расстояние от срывной кромки стабилизатора до газоподающих отверстий L1 = 0,06 м. При изучении влияния расстояния L1 на особенности смесеобразования топлива и окислителя нишовая полость отсутствовала, средняя скорость воздуха на входе в горелочное устройство принималась равной 4,7 м/с, а величина L1 варьировалась в пределах от 0,015 м до 0,14 м.
Рис. 1. Схема (а) и продольный разрез (б) горелочного устройства с цилиндрическим стабилизатором пламени при наличии кольцевой ниши
1) цилиндрический канал;
2) цилиндрический стабилизатор пламени;
3) газоподающие отверстия;
4) кольцевая ниша
В рамках данной работы выполнен комплекс вычислительных экспериментов, базирующихся на использовании RANS подхода к моделированию турбулентных течений. При этом в качестве модели турбулентного переноса применялась k-s модель турбулентности в модификации RNG.
Как свидетельствуют полученные данные, особенности течения топлива и окислителя в горелочном устройстве с цилиндрическим стабилизатором пламени для ситуаций наличия и отсутствия ниши существенно отличаются как в качественном, так и в количественно отношении (рис. 2, 3).
Рис. 2. Поля интенсивности турбулентности в продольном сечении цилиндрического горелочного устройства ф = 0, проходящем через центр газоподающего отверстия, при отсутствии (а) и наличии (б) нишевой полости
горелочный газоподающий стабилизатор пламя
Как видно из рис. 3, при отсутствии нишевой полости радиальные распределения интенсивности турбулентности I характеризуются наличием двух локальных максимумов. Первый из них имеет место вблизи стенки канала горелки, связанный с пристеночной турбулентностью, второй, более ярко выраженный, соответствует оси газовой струи в сносящем потоке окислителя. При наличии кольцевой ниши к указанным максимумам добавляется еще один, расположенный в собственно нишевой полости и обусловлен наличием так называемого слоя смешения.
В соответствии с результатами расчетов (рис. 3), область наибольшего влияния кольцевой нишевой полости на интенсивность турбулентности потока располагается вблизи внешней поверхности стабилизатора пламени r = 0,015 м. По мере удаления от данной поверхности это влияние уменьшается и на некотором расстоянии от нее уровни I становятся практически одинаковыми, для ситуаций наличия и отсутствия нишевой полости. Причем, приближаясь к передней по потоку кромке ниши в фиксированных сечениях z = const, выравнивание значений интенсивности турбулентности потока происходит на все меньшем расстоянии R от наружной поверхности стабилизатора. Так в сечениях, отвечающих задней стенке ниши (z = 0,235 м) и четверти длины ниши от ее передней стенки (z = 0,2125), значения R равны 0,025 м и 0,02 м соответственно.
Рис. 3. Распределение интенсивности турбулентности по радиусу горелки при отсутствии (1) и наличии (2) прямоугольной кольцевой ниши в продольном сечении горелочного устройства, проходящем через центр газоподающего отверстия, при различных значениях осевой координаты z
а) z = 0,2125 м (четверть длины ниши);
б) z = 0,22 м (середина ниши);
в) z = 0,2275 м (три четверти длины ниши);
г) z = 0,235 м (задняя стенка ниши)
Таким образом, наблюдается локализация влияния кольцевой ниши на интенсивность турбулентности потока вблизи зоны ее расположения на расстоянии 5-10 мм от внешней поверхности стабилизатора пламени, что является важным для воспламенения топлива и стабилизации пламени.
Как показали выполненные исследования, в условиях применения нишевой полости повышение уровня интенсивности турбулентности может быть значительным, по отношению к ситуации ее отсутствия. Так, в сечении проходящем через заднюю стенку ниши (z = 0,235 м) вблизи внешней поверхности стабилизатора (r = 0,016 м) значения I для сопоставляемых ситуаций равны примерно 12% и 23%, т. е. наличие ниши обуславливает повышение интенсивности турбулентности почти в два раза.
Необходимо также отметить, что по результатам выполненных исследований потери давления, связанные с наличием кольцевой прямоугольной ниши, незначительны. А именно, для рассматриваемых условий, в случае отсутствия нишевой полости потери давления АР в горелке равны 33,2 Па, а при наличии ниши - 35,2 Па. То есть, указанные потери увеличиваются лишь на 2,0 Па.
Перейдем к рассмотрению результатов математического моделирования, иллюстрирующих особенности протекания процессов смесеобразования топлива и окислителя в горелочных устройства с цилиндрическим стабилизатором пламени при варьировании в широких пределах расстояния L1 между срывной кромкой стабилизатора и газоподающими отверстиями.
На рис. 4 приведены типичные поля массовой концентрации метана в горелочном устройстве для L1 = 0,14 м; 0,1 м; 0,06 м и 0,015 м. Зоны отмеченные на рис. 4 отвечают составу смеси с различным содержанием метана: в зоне I массовая доля метана YcH4 ниже нижнего концентрационного предела воспламенения (YcH4<0,028); зона II отвечает значениям YCh4 превышающим верхний концентрационный предел (YCH4>0,089); зона III характеризуется содержанием топлива в концентрационных пределах воспламенения (0,028<YcH4<0,089).
Согласно полученным данным при относительно больших величинах L1 (L1> 0,1 м) в поперечном сечении горелки, проходящем через срывную кромку стабилизатора, большая часть смеси топлива и окислителя находится в концентрационных пределах воспламенения, что соответствует условиям реализации механизма сжигания топлива близкого к кинетическому, т.е. высокоинтенсивному процессу горения.
Рис. 4. Поля массовой концентрации метана в продольном сечении горелки с цилиндрическим стабилизатором, проходящем через центр газоподающего отверстия, при различных значениях расстояния от срывной кромки до газоподающих отверстий Lj: а) L1 = 0,14 м; б) L1 = 0,1 м; в) L1 = 0,06 м; г) L1 = 0,015 м
При сравнительно небольших L1 (L1 < 0,06 м) значительную часть сечения горелочного устройства, проходящего через срывную кромку стабилизатора, занимает смесь с повышенным содержанием газа или окислителя, и механизм сжигания топлива приобретает характеристики менее интенсивного диффузионного горения.
Выводы
1. Проведен комплекс математического моделирования по определению закономерностей влияния на характеристики процессов переноса различных способов их интенсификации в горелочных устройствах с цилиндрическим стабилизатором пламени при подаче топлива внедрением в сносящий поток окислителя.
2. Выполнены исследования влияния прямоугольной кольцевой ниши на параметры течения в цилиндрическом горелочном устройстве. В частности установлено, что:
• при наличии ниши интенсивность турбулентности потока I увеличивается, причем в местах ее максимальных значений может превышать соответствующие величины в случае отсутствия ниши почти в два раза;
• зона наибольшего влияния ниши на турбулизацию потока локализуется вблизи места ее расположения, что является важным для воспламенения топлива и стабилизации пламени;
3. Получены данные исследования закономерностей смесеобразования топлива и окислителя в цилиндрических горелках при варьировании в широких пределах расстояния L1 между срывной кромкой стабилизатора и газоподающими отверстиями. Показано что:
• при относительно больших величинах Li (Li > 0,1 м) смешение топлива и окислителя отвечает условиям реализации механизма сжигания топлива близкого к кинетическому, т.е. высокоинтенсивному процессу горения;
• при сравнительно небольших L1 (L1 < 0,06 м) механизм сжигания топлива будет приобретать характеристики менее интенсивного диффузионного горения.
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. - 2011. - №1. - С. 51-56.
2. Фиалко Н.М. Устойчивость факела за плоским стабилизатором при подаче газа внедрением в воздушный поток / Н.М. Фиалко, Л.С. Бутовский, Е.А. Грановская // Технологические системы. - 2010. - Т. 52, №3. - С. 72-76.
3. Фиалко Н.М. Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, Л.С. Бутовский, В.Г. Прокопов и др. // Промышленная теплотехника. - 2010. - №6. - С. 28-36.
Размещено на allbest.ru
...Подобные документы
Расчет 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 15.10.2013Строение и состав ацетиленокислородного пламени при различных содержаниях кислорода и горючего газа. Химическое взаимодействие пламени с металлом. Зависимость нагрева металла от состава горючей смеси, расхода горючего, угла наклона пламени к поверхности.
контрольная работа [7,5 M], добавлен 28.01.2010Методика нагревания стекла пламенем газовых горелок в работе стеклодува, особенности мягкого и жесткого пламени. Место резки трубок во всех стеклодувных операциях и технология ее исполнения. Приемы вращения трубок в пламени горелки и их развертывания.
реферат [32,6 K], добавлен 11.07.2009Исследование проблем современной нефтепереработки в России и путей их решения. Особенности применения гидродинамического оборудования для интенсификации технологических процессов нефтепереработки. Изучение технологии обработки углеводородных топлив.
реферат [4,3 M], добавлен 12.05.2016Автоматизация, интенсификация и усложнение металлургических процессов. Контролируемые и регулируемые параметры в испарителе. Функциональная схема автоматизации технологических процессов. Функция одноконтурного и программного регулирования Ремиконта Р-130.
контрольная работа [73,9 K], добавлен 11.05.2014Разработка проекта привода общего назначения с цилиндрическим редуктором. Оригинальные и стандартные детали. Достоинства и недостатки передачи. Расчет мощностей и выбор двигателя, элементов корпуса редуктора. Подбор подшипников и шпоночных соединений.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.10.2012Выбор двигателя и определение общего передаточного отношения, моментов, мощностей и частот вращения лебедки с червячно-цилиндрическим редуктором. Расчет передач, входящих в конструкцию механизма. Конструирование механизма и проверка его на прочность.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 06.02.2012Проектирование привода с цилиндрическим двухступенчатым редуктором. Передаточные числа привода. Частота вращения вала электродвигателя. Кинематические и силовые параметры отдельных валов привода. Предварительный и уточненный расчет промежуточного вала.
курсовая работа [76,2 K], добавлен 05.05.2009Проектирование привода с двухступенчатым соосным цилиндрическим редуктором и ременной передачей. Расчет валов на прочность и определение опорных реакций. Подбор шпонок и проверочный расчет их по напряжениям смятия. Выбор смазки, порядок сборки редуктора.
курсовая работа [491,6 K], добавлен 08.10.2012Разработка 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 20.03.2017Выбор электродвигателя и кинематический расчёт привода ленточного конвейера с цилиндрическим редуктором и цепной передачей. Определение передаточных чисел. Оценка параметров и геометрическая характеристика зацепления. Расчёт цилиндрической передачи.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 26.04.2014Нахождение допустимых концентраций на выпуске из очистных сооружений. Сопоставление фактических значений концентраций загрязняющих веществ на выпуске очистных сооружений с нормативными значениями. Интенсификация работы первичных радиальных отстойников.
курсовая работа [68,4 K], добавлен 16.11.2021Высокая эффективность использования кислорода в металлургии, конвертерная выплавка стали. Специфика кислородного дутья в доменных печах и особенности электросталеплавильного производства. Интенсификация процессов обжига сырья в цветной металлургии.
презентация [123,6 K], добавлен 28.12.2010Обеспечение управляемого мелкокапельного переноса электродного металла при средних токах дуги как одно из преимуществ использования технологии сварки модулированным током. Этапы образования и переноса жидкого металла с электрода в сварочную ванну.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 15.06.2017Обработка пивной дробины анолитом для ее дезинфекции и подбор ферментного препарата для гидролиза ее ингредиентов. Интенсификация процессов брожения при производстве кваса и пива за счет использования спирулины платенсис в качестве источника питания БАД.
дипломная работа [9,9 M], добавлен 21.11.2014Импульсная подача сварочной проволоки. Механизированная сварка короткой дугой с короткими замыканиями. Моделирование процесса переноса капли электродного металла. Сварка вертикальных швов. Моделирование процесса переноса капли электродного металла.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 27.05.2015Механические свойства стали при повышенных температурах. Технология плавки стали в дуговой печи. Очистка металла от примесей. Интенсификация окислительных процессов. Подготовка печи к плавке, загрузка шихты, разливка стали. Расчет составляющих завалки.
курсовая работа [123,5 K], добавлен 06.04.2015Основные параметры и константы свариваемого металла. Исследование процессов взаимодействия между металлом, газом и шлаком. Термодинамическое исследование металлургического процесса. Расчёт тепловых процессов. Расчёт распределения температур вдоль оси шва.
курсовая работа [206,7 K], добавлен 01.09.2010Изучение методики проектирования и расчета параметров магистралей горючего и окислителя с помощь программы "Динамика КС". Исследование процессов моделирования запуска двигателя для ракеты Р5. Структурная схема гидравлического тракта от насоса до КС.
курсовая работа [321,3 K], добавлен 06.10.2010Разработка корректирующих мероприятий и технических предложений сборки первого лонжерона. Требования к изделию. Выделение бизнес-процессов сборки. Анализ существующего технологического процесса сборки первого лонжерона стабилизатора самолета АН-148.
курсовая работа [678,9 K], добавлен 22.11.2013
