Введение к работе
Актуальность темы диссертации заключается в том, что в силу трудности получения достоверной информации о процессах, происходящих в камерах сгорания (КС) МГД-генораторов на пороакообразном топливе и печах коксохимических батарей (КХБ), а такие сложности и дороговизны проведения натурных экспериментов, особое значение приобретают вопросы численного исследования ряда прикладных задач, возникающих при использовании в данных установках разнообразных гоплиЕ. К числу таких задач относятся вопросы повьзненил электрофизических характеристик на выходе из КС МГД-ганератора на порсш-сообраэном топливе, а также вопросы, связанные с проблемами Функ-(Ионирования печей КХБ. Импульсные МГД-генерагоры в настоящее іремя активно используются при глубинном зондирования аемной коры юсредством электромагнитного импульса (ЭИ) с целью разведки по-езных ископаемых, прогнозирования возможности землетрясений, их илы и времени начала по оценке электрофизического состояния ма- мы и т.д. Но неполнота сгорания топлива в действующих установах не позволяет получить максимальные значения &И, снижая КПД. а коксохимических производствах нередки случаи забуривания пе-ей КХБ - аварийных ситуаций,, когда штанга коксовыталкивателя не-пособна единовременно выдать коксовый пирог из печи. В этих слу-. 1ях при существующих в России технологиях до сих пор использует-1 физический труд с применением ломов, буроб и т.п. в условиях jcokhx температур и запыленности. Кроме того, несвоевременное ту-шие кокса приводит к его окислению кислородом воздуха. Все это іижает качество продукта и ведет к падению эффективности проиэ-ідства. Областью наибольшей неопределенности при решении этих во-
- 4 - '
просов является корректность учета эволюции полидисперсных.ансамблей т-:астиц рабочего тела вследствие процессов горения, испарения и конденсации при изменяющихся давлении, температуре, химическом составе среды, наличии межфазной скоростной и температурной неравновесности. Имеющиеся современные методики неспособны учитывать эффекты изменения размеров частиц в камерах вышеуказанных установок по причине сложного характера протекающих процессов (взаимного влияния разных компонентов топлива друг на друга при окислении, дисперсности компонентов, режима горения частиц и т.д.) цель настоящей работы состоит в следующем:
-
Создание физико-математической модели процессов, происходящих в камерах сгорания генераторов плазмы (ГЇ1) МГД-генераторов на порошкообразном топливе и печах коксохимических батарей, которая позволит как проследить эволюцию полидисперсных ансамблей частиц топлива, так и определить интегральные характеристики установки.
-
Численное исследование двухфазных течений' в названных установках с использованием разработанного алгоритма, выяснение степени влияния выбора моделей горения частиц,- дисперсности компонентов топлива, их процентного состава в поли- и моиодиспер-сном приближении на картину процессов вокруг частиц- и на величины физико-химических характеристик системы.
-
Прогнозирование оптимальной геометрии и состава рабочего тела данных энергоустановок с использованием в. расчетах функций распределения, описывающих реальные порошки компонентов топлива.
Научная новизна работы состоит в разработке физико-математической модели движения двухфазных потоков при налмчш горящих, испаряющихся и конденсирующихся частиц применительно к камерам его-
- 5 -ранил ГП на порошкообразном топливе и печам КХБ. Система уравнений сохранения, описывающая данный процесс, записана с использованием эволюционных уравнений для функций распределения частиц рабочего тела по размерам. Такое усложнение модели оправдано, поскольку именно такая запись позволяет учесть зависимость линейной скорости изменения размера частицы от ее диаметра, окислительного потенциала, термодинамических характеристик потока и т.п.
Впервые прогедены расчеты движения полидисперсных двухфазных потоков в КС ГП на порошкообразном топливе и печи КХБ с учетом эволюции функций распределения частиц рабочего тела по размерам за счет горения, испарения и конденсации, изменения химического состава среда.
Впервые в рамках модели приведенной пленки показала степень влияния присутствия горящих угольных частиц на процесс горения частиц алюминия, летящих с малым отставанием от газа.
Впервые при проведении расчетов для полидисперсных угольных, тстнц в условиях ГП показано, что процесс выгорания ансамбля кон-:ервативен к выбору модели горения частиц по сравнению с монодис-юрсной моделью.
, Впервые проведен учет влияния на поведение интегральных и ло-:альных характеристик в ГП дефектности кристаллической структуры юно- и полидисиерсных'угольных частиц, вызванной высокими темпе-атурами.
Впервые предложена методика прогнозирования заклинивания кокового пірога в печи КХБ на основе модели увеличения размеров час-иц определенной марки угля и определенной дисперсности вследствие к газификации.
- б -
Практическая значимость результатов работы состоит в создании з\г<1 активных методик, позволяющих исследовать поведение локальных и интегральных характеристик двухфазных течений в КС ГО на порошкообразном топливе и печах КХ6 в широком диапазоне как параметров установок, так и состава рабочего тела; в существенном снижении количества экспериментов при разработке новых конструкций. Разработанные методики и одна программа расчета внедрены в отраслевых институтах и производствах. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании ноеых конструкций, оптимизации состава рабочего тела, а также при анализе экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на 10-й Международной конференции по МГД-преоб-разованию энергии (Ткручираппалли, Индия, 1969 г.), на XIII-м Всесоюзном семинаре по электрофизике горения (Чебоксары, 1990 г.), на 1-м Азиатско-Тихоокеанском симпозиуме по горению и взрыву (Пекин, Китай, 1990 г.), на 13-м Международном коллоквиуме по динамике и реагирующим системам (Нагоя, Япония, 1991 г.), на семинаре по проблемам коксохимического производства (ЗСМК, Новокузнецк, 1992 г.).
Публикации по теме диссертации составляют 15 наименований.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и описка литературы. Общий объем диссертации 134 страницы, рисунков 26,.список литературы.составляет 122 наименования.