DOI: https://doi.org/10.32347/2310-0516.2018.11.87-94

Чисельне дослідження процесу спалювання низькокалорійного газу в змішувальному повітронагрівачі

Andriy Redko, Igor Redko, Alexander Priymak

Анотація


  Повітронагрівачі газові змішувальні знаходять широке застосування для підігріву атмосферного повітря в системах припливної вентиляції автономного повітряного опалення та теплових завісах виробничих приміщень, сушильних установках, для опалення тепличних господарств. Змішування повітря з продуктами згоряння газоподібного палива забезпечує ефективний підігрів повітря. Повітронагрівачі виготовляються з номінальною тепловою потужністю від 0,15 до 6,3 МВт. Коефіцієнт робочого регулювання по тепловій потужності, не менше 2,5. Нагрівання повітря в діапазоні 30-80 °C. Виконано математичне моделювання радіаційно - конвективного теплообміну в газовому тракті котла на основі усереднених по числу Рейнольдса рівнянь Навьє-Стокса з урахуванням гравітації і з нехтуванням стиснення. Модель складають рівняння нерозривності, перенесення імпульсу, енергії і хімічних компонентів газової суміші, записані в стаціонарній формі. Рівняння замкнуті законом Ньютона для тензора тиску, законом Фур'є для теплового потоку, законом Фіка для потоку маси, законом Клапейрона-Менделєєва для термодинамічної стану суміші газів, рівняннями моделі турбулентності k-ε Лаундер-Сполдинга і моделі турбулентного горіння Магнус-Хертагера.  Наведено результати чисельного моделювання у вигляді векторів швидкостей течії газів, температури і концентрації О2, СН4, СО, Н2О, СО2 в характерних перетинах проточної частини. Визначено аеродинамічну структура факела, далекобійність і зону з максимальною температурою.

  Отримані результати теоретичного дослідження можуть бути використані для регулювання конструктивних параметрів газових змішувальних повітронагрівачів із забезпеченням заданих концентрацій вказаних газів в залежності від їх потреби при вирощуванні сільськогосподарських культур в закритих ґрунтах, а також досягнення необхідних температур і швидкостей газів відповідних технологій. Можуть бути основою для алгоритмізації автоматизації  відповідних технологічних процесів і циклів елементів повітряних (газових) систем теплопостачання різного призначення.

Ключові слова


Повітронагрівач; Повітронагрівач змішувальний; Рамповий пальник; Шахтний газ; Метан;

Повний текст:

PDF

Посилання


REFERENCES

Kamenskiy zavod gazoispolzuyushchego oborudovaniya [Kamensky plant of gas-using equipment]. URL : http://www.kzgo.ru/product/ Air heaters are gas mixers.

Nordair Niche [Electronic resource]. Re-pressostupu. URL : http://losevonline.ru/ files/DF.pdf/ Air-heating gas mixers.

Ac. USSR № 877233 / Gas burner.

Butovskii L.S., Granovskaya E.A., Lyubchik G.N., Khristich V.A. (1975). Issledovaniya zakonomernostey vygoraniya topliva za ugolkovymi i ploskimi stabilizatorami plameni. [Investigations of the regularities of fuel burn-up behind corners and flat flame stabilizers]. Theory and practice of gas combustion. M. : Nedra, 1975. Iss.VI, 324–338.

Lyubchik G.N., Marchenko G.S., Varlamov G.B. (2004). Emisiini kharakterystyky palnykiv na bazi trubchastykh moduliv [Emisynich char-acteristics of the palyni on the basis of the tube parts of modules]. Eco-technology and resource-saving. №1, 73–79.

Lyubchik G.N., Varlamov G.B., Mikulin G.O. (2005). Rozvytok system dopaliuvannia na vykhlopi utylizatsiinykh HTU. [Development of systems of dopaluvannya on vihlopi utilizatsinyh GTU]. Vesnik NTU "KhPI". Energy and heat engineering processes and equipment, №6, 145–153.

Anderson D., Tannehill J., Pletcher R. (1990). Vychislitelnaya gidromekhanika i teploobmen [Computational hydromechanics and heat exchange]: in 2 vol. M. : Mir, T. 1. 384.

Jakobsen H. A. (2008). Chemical Reactor, Modeling Springer, 1244.

Peters N. (2000). Turbulent combustion. Cambridge University Press., 304. doi.org/10.1017/CBO9780511612701

Surzhikov S.T. (2004). Teplovoye izlucheniye gazov i plazmy [Thermal radiation of gases and plasma]. Moskva : MSTU them. NE Bauman, 544.

Launder B. E., Spalding D. B. (1972). Lectures in Mathematical Models of Turbulence, London: Academic Press, 169.

Magnussen B. F., Hjertager B. H. (1976). On Mathematical Models of Turbulent Combustion With Special Emphasis on Soot Formation and Combustion, Sixteenth Symp. (Intern.) On Combustion. Pittsburg, PA: The Combustion Inst., 1976. 747–775p. doi: 10.4236/epe.2013.54B001

Fletcher K. (1991). Vychislitelnyye metody v dinamike zhidkosti [Computational methods in the dynamics of a liquid]. Moscow : Mir. T. 1. 502.

Patankar S. (1984). Chislennyye metody resheniya zadach teploobmena i dinamiki zhidkosti [Numerical methods for solving problems of heat transfer and fluid dynamics]. M.: Energoatomizdat. 152.

Sobolev V.M., Snegirev A.Yu., Lupulyak SV, Shinder Yu.K. (2006). Modelirovaniye turbulentnogo diffuzionnogo fakela pryamotochno-vikhrevoy gorelki. [Modeling of a turbulent diffusion torch of a direct-flow-vortex torch]. Proceedings of the 4th RSCT. RNKT-4, Vol. 3, 316–319.

Chenghang Zheng (2011). Combustion characteristics of low calorific gases in porous media and its industrial applications Zhejiang University, Hangzhou.

Zhiyong Dong, Enyu Wang, Xiang Gou, Jinxiang Wu, Liansheng Liu (2015). Experimental research of porous medium burner for ultra-low calorific gas J Eng Thermophys, 36 (10), 2298-2302.

Hailiang Cao, Kai Zhang, Jina Zhao, Xinli Wei, Dingbiao Wang (2011). Investigation on combustion characteristics in the micro porous media combustor J Eng Thermophys, 32 (10), 2164–2167.

Debo Li, Zhengchang Song. Principle of flame movement for premixed methane combustion in ceramic foam

J Combust Sci Technol (2013). 19 (2), 141–144.

Xixi Zhu, Leming Cheng, Chenghang Zheng, Zhongyang Luo, Kefa Cen (2012). Temperature distribution and combustion wave propagation characteristics of premixed gas combustion in ceramic foams Proc CSEE, 32 (17), 63–69.

Guanqing Wang, Dan Luo, Ning Ding, Xuefeng Huang, Jiangrong Xu (2012). Two-dimensional combustion flame profiles in porous media with ultra low-calorific gases CIESC J, 63 (6), 1893–1901.

Peiyong Ma, Zhiguo Tang, Wanda Cai (2010). An experimental study and modeling on the flow resistance of airflow through foam ceramic Nat Gas Ind, 30 (11), 97–101.




Copyright (c) 2018 Андрій Редько, Ігор Редько, Олександр Приймак

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.