Математическая модель процесса горения жидкого органического энергоносителя

Моделирование технологических объектов для сжигания жидких энергоносителей с попыткой точного описания гидродинамики процесса значительно усложняет модель. В статье рассматривается вопрос об э ффективности использования органического энергоносителя. Представлена математическая модель процесса горения жидкого топлива. Моделирование ведется с использованием ряда обоснованных упрощающих предположений, что позволяет свести исходную модель к более простым зависимостям между существующими для проведения процесса параметрами. Построенная модель включает стационарную модель процесса горения и модель сжигания жидкого топлива в аппарате. Рассмотрены основные факторы, влияющие на характер протекания процесса. Получена формула для расчета концентрации кислорода у реакционной поверхности. При рассмотрении скорости реакции горения полагали, что она определяется не только концентрацией кислорода в диффузионном слое, но и суммарной поверхностью непрореагировавших частиц, вычисленной с учетом плотности распределения частиц. Составлен материальный баланс кислорода, который включает два уравнения - для диффузионной и плотной части. Результаты расчетов представлены на приведенных графиках. Разработана инженерная вычислительная модель для расчета энергетических характеристик горения жидкого углеводородного топлива в технологической печи. Полученная модель горения может быть использована для оценки масштабов и прогнозирования последствий аварийных ситуаций.

математическая модель, процесс горения, органический энергоноситель, жидкое топливо, скорость реакции, реакционная зона, плотная часть, диффузионная часть, температура, безразмерный параметр

1. Spalding D.B. The Combustion of Liquid Fuels. In: Proc. 4th Symposium (Intern.) on Combustion, Williams and Wilkins, Baltimore Co., Md, 1953. Р. 847-864.

2. Kim J.S., de Ris J.L., Krocsser F.Wm. Laminar Free-Convective Burning of Fuel Surfaces // Proc. Combust. Inst. 1971. Vol. 13. P. 949-961.

3. Варшавский Г.А. Горение капли жидкого топлива (диффузионная теория). М.: Гостехиздат. 1945. 17 с.

4. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / пер. с англ. Г.Л. Агафонова; под ред. П.А. Власова. М.: Физматлит, 2006. 352 с.

5. Akita K., Yumoto T. Heat transfer in small pools and rates of burning of liquid methanol. Tenth Symposium (International) on Combustion. The Combustion Institute, Pittsburgh, Pa., 1965. P. 943-948.

6. Гиль А.В., Старченко А.В. Математическое моделирование физико-химических процессов сжигания углей в камерных топках котельных агрегатов на основе пакета прикладных программ EIRE 3D // Теплофизика и аэромеханика. 2012. Т. 19. N 5. С. 655-671.

7. Гусаченко Л.Г., Зарко В.Е. Моделирование процессов горения твердых топлив. Новосибирск: Наука, 1985. 183 с.

8. Волков Э.П., Зайчик Л.И., Алешечкин А.И. Расчет выгорания топлив в циркуляционных системах // Инженерно-физический журнал. 1990. Т. 58. N 4. С. 623-630.

9. Демиденко Н.Д., Потапов В.И., Шокин Ю.И. Моделирование и оптимизация систем с распределенными параметрами. Новосибирск: Наука, 2006. 551 с.

10. Ляшков В.И. Теоретические основы теплотехники: учеб. пособие. М.: Машиностроение-1, 2005. 260 с. / Lyashkov V.I. Teoreticheskie osnovy teplotekhniki [Theoretical foundations of heating engineering]. Moscow: Mashinostroenie-1 Publ., 2005, 260 p

11. Померанцев В.В. Основы практической теории горения. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 312 с. / Pomerantsev V.V. Osnovy prakticheskoi teorii goreniya [Practical combustion theory]. Leningrad: Energoatomizdat Publ., 1973, 262 p

12. Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков М.А., Хаванов П.А. Теплогенерирующие установки: учебник для вузов М: Стройиздат, 1986. 559 с. / Delyagin G.N., Lebedev V.I., Permyakov M.A., Khavanov P.A. Teplogeneriruyushchie ustanovki [Heat-generating installations]. Moscow: Stroiizdat Publ., 1986, 559 p

13. Белоусов В.Н., Смородин С.Н., Смирнова О.С. Топливо и теория горения: учеб. пособие; в 2 ч. Ч. I. Топливо. СПб.: Изд-во СПбГТУРП, 2011. 84 с. / Belousov V.N., Smorodin S.N., Smirnova O.S. Toplivo i teoriya goreniya [Fuel and combustion theory]. St. Petersburg: Saint Petersburg State Technological University of Plant Polymers Publ., 2011, 84 p