Труды 4-й РНКТ (2006). Том 3. Свободная конвекция. Тепломассообмен при химических превращениях

Соболев В.М., Снегирев А.Ю., Лупуляк С.В., Шиндер Ю.К.
Моделирование турбулентного диффузионного факела прямоточно-вихревой горелки

ЗАО «Экотоп», Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Россия

Аннотация

Данная работа посвящена численному моделированию турбулентного диффузионного факела метановоздушного пламени в прямоточно-вихревой горелке фирмы «Экотоп» (Санкт-Петербург). Для расчёта факела использован компьютерный код CFX (ANSYS Inc.) и многопроцессорный вычислительный комплекс Лаборатории прикладной математики и механики СПбГПУ. Выполнены расчёты стационарного факела в неограниченном пространстве при нескольких значениях коэффициента избытка воздуха, подаваемого в горелку. Результаты расчётов содержат поля скорости, средней температуры, средних концентраций основных компонентов и оксидов азота, распределения мощности тепловыделения и объёмной эмиссии теплового излучения в пространстве.

Заключение

В работе продемонстрировано применение современного коммерческого программного обеспечения и многопроцессорных систем для численного моделирования турбулентного горения природного газа в прямоточно-вихревой горелке большой мощности (ЗАО «Экотоп», Санкт-Петербург), применяемой в агрегатах отечественных ГРЭС. Серия численных расчётов выполнена для трёх режимов работы горелки, соответствующих избыточному, стехиометрическому и недостаточному расходу воздуха (для полного окисления горючего). Для каждого из режимов получены расчётные поля средних скоростей, температур и концентраций компонентов. Определены структурные элементы факела (рециркуляционная зона, горячий «купол», слой смешения и дальний след). Установлено, что расчётные значения концентраций оксидов азота в пламени согласуются с литературными данными.

Дальнейшее усовершенствование модели будет проводиться по следующим направлениям:
1) учёт влияния стенок топочной камеры, а также возможного взаимодействия струй разных горелок; учёт влияния силы тяжести;
2) учёт кинетики процессов горения и производства промежуточных продуктов (таких, как монооксид углерода) в рамках более детальной модели горения;
3) учёт возможного образования и последующего окисления сажи;
4) дальнейшая калибровка и обоснование выбора моделей турбулентности и теплового излучения;
5) анализ возможности локального погасания фрагментов турбулентного пламени;
6) нестационарные режимы горения и истечения продуктов сгорания.

По мере учёта перечисленных выше факторов следует провести численное моделирование работы горелки во всём диапазоне возможных расходов горючего и воздуха.

Скачать/просмотреть текст доклада (в формате pdf)

Следующая страница: Страхов В.Л., Заикин С.В., Каледин В.О. Математическое моделирование нестационарного прогрева при пожаре элементов технологического оборудования нефтегазового комплекса с огнезащитой в виде укрытия