Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса 8
1.1 Обзор данных по свойствам переноса газов и их смесей 8
1.2 Обзор данных по составу и свойствам продуктов сгорания твердых топлив 19
Глава 2. Методы моделирования теплофизических свойств многокомпонентных систем 27
2.1 Метод определения состава и термодинамических свойств системы 27
2.1.1 Определение состава сложных многокомпонентных систем 29
2.1.2 Определение термодинамических свойств сложных систем 41
2.1.3 Описание алгоритма и работы программного кода TETRAN 44
2.2 Метод определения свойств переноса для многокомпонентной газовой смеси 49
2.2.1 Исходные данные и методы их определения 49
2.2.2 Метод расчета вязкости газовой смеси 52
2.2.3 Метод расчета коэффициента теплопроводности для газовой смеси 55
2.2.4 Определение теплопроводности без учета химических реакций 56
2.2.5 Определение вклада в теплопроводность смеси газов за счет химических реакций 67
2.2.6 Определение вклада в свойства за счет ионизации 70
Глава 3. Результаты расчетов 73
3.1 Верификация методов 73
3.2 Подготовка исходных данных 97
3.3 Расчет реальных систем 100
3.3.1 Результаты расчета для энергетических углей 101
3.3.2 Результаты расчета для ракетных топлив 113
3.3.3 Результаты расчета для сланцев 118
Заключение 121
Список литературы
- Обзор данных по составу и свойствам продуктов сгорания твердых топлив
- Определение термодинамических свойств сложных систем
- Метод расчета вязкости газовой смеси
- Расчет реальных систем
Введение к работе
Актуальность. Теплофизические свойства газов и их смесей в том или ином виде присутствуют во всех уравнениях гидродинамики и теплообмена, а также в безразмерных критериях подобия, входящих в эти уравнения. В связи с этим, важной с технической и научной точки зрения задачей, является поиск их зависимости от основных параметров среды (системы). Результаты решения этой задачи могут применяться при разработке технических устройств, в которых в процессе работы возникают и длительное время существуют при высокой температуре многокомпонентные гетерогенные системы. К числу таких аппаратов можно отнести камеры сгорания воздушно-реактивных и ракетных двигателей, топки теплоэлектростанций и ряд других устройств, в которых протекают высокотемпературные процессы. Отметим, что под теплофизическими свойствами в дальнейшем понимаются термодинамические свойства систем и свойства переноса. Однако зачастую невозможно или весьма затруднительно провести экспериментальные исследования свойств в необходимом диапазоне основных параметров. Поэтому важно иметь возможность получать зависимости состава, термодинамических свойств и свойств переноса системы от ее основных параметров, таких как температура и давление, с помощью численного моделирования.
В настоящее время большое внимание уделяется экологически чистым и безопасным способам применения органических топлив в промышленности и энергетике. В данной работе подробно рассматриваются свойства продуктов термической переработки углей и сланцев. Для корректного моделирования переноса микроэлементов внутри топочных устройств и их теплообмена с окружающей средой, необходимо иметь данные по вязкости, плотности, теплоемкости и теплопроводности несущей газовой фазы, представляющей собой сложную, многокомпонентную смесь продуктов термической переработки угля или сланца. Однако в существующей литературе теплофизические свойства продуктов сгорания углей представлены достаточно слабо. Следует отметить, что в связи с очень большим разнообразием топлив, используемых в различных технических приложениях, а также широким набором параметров состояния, при которых должны быть определены теплофизические свойства, практически не представляется возможным опытное определение теплофизических свойств рассматриваемых систем. Поэтому расчетные методы в этом случае являются единственно приемлемыми.
Цель работы. Целью диссертационной работы является получение новых знаний в области моделирования теплофизических свойств сложных химически реагирующих систем при высоких температурах. Для достижения этой цели необходимо решить ряд задач, среди которых:
Разработка новых методов определения вклада в теплофизические свойства газовых смесей, возникающего за счет химических реакций. Реакционный вклад в теплопроводность газовых смесей играет существенную роль уже при температурах порядка 1500 - 2000 К.
Модернизация существующих методов расчета термодинамических свойств и свойств переноса многокомпонентных газовых смесей, их развитие для более широкого рабочего диапазона основных параметров. Под основными параметрами в данном случае понимаются давление, температура и объем системы.
Создание базы данных по интегралам столкновения основных пар компонентов, образующихся при термической переработке органических топлив. Интегралы столкновения играют ключевую роль при определении свойств переноса, как индивидуальных веществ, так и многокомпонентных смесей.
Получение расчетных данных по составу и теплофизическим свойствам продуктов сгорания основных энергетических углей. Полученные расчетные данные должны дополнять имеющиеся в нормативном методе. В частности должен быть существенно расширен набор данных по вязкости и теплопроводности углей.
Получение простых зависимостей теплофизических свойств для продуктов сгорания углей в виде аппроксимаций расчетных данных в зависимости от
температуры. Данные зависимости могут использоваться для оценки требуемых
свойств при расчете параметров котельных агрегатов, пиролизеров, газификаторов
и других устройств термической переработки углей.
Методология исследования опирается на основные положения термодинамики и
кинетической теории газов, математическое моделирование. Содержательные исследования
базируются на вычислительном эксперименте и практических расчетах
Научная новизна. К новым научным результатам, полученным в результате данной работы, можно отнести:
новый метод расчета химической составляющей теплопроводности, позволяющий оценивать как суммарный вклад химической составляющей теплопроводности, так и вклады от каждой реакции в отдельности и включающий метод расчета термодинамически равновесного состава системы.
новые данные по теплофизическим свойствам газовой фазы продуктов сгорания и газификации основных энергетических углей и сланцев. Расчет свойств проводился при атмосферном давлении, для температур, лежащих в диапазоне 500 - 2500 К. При расчете учитывался вклад в теплофизические свойства от возможных химических реакций.
новые простые зависимости теплофизических свойств для газовой фазы продуктов сгорания органических топлив от температуры при атмосферном давлении.
Значимость работы. Результаты настоящей работы могут использоваться при анализе физико-химических процессов, протекающих в сложных, многокомпонентных, химически реагирующих системах. Полученные и модернизированные модели, а также базы данных по свойствам и параметрам взаимодействия индивидуальных веществ, позволяют определять теплофизические свойства таких сложных систем в широком диапазоне температур при атмосферном давлении. Результаты расчета теплофизических свойств газовой фазы продуктов сгорания органических топлив могут применяться при проектировании и расчете теплоэнергетических агрегатов, таких как котельные установки и топочные устройства, газификаторы, пиролизеры.
Автор защищает.
Новый метод расчета химической составляющей теплопроводности.
Выражения для поступательной теплопроводности и теплопроводности внутренних степеней свободы многокомпонентных смесей газов.
Метод, позволяющий рассчитывать свойства переноса многокомпонентных газовых смесей с учетом протекающих химических реакций и реакций ионизации.
Программный код, позволяющий рассчитывать состав и свойства переноса многокомпонентных газовых смесей с учетом протекающих химических реакций и реакций ионизации в состоянии термодинамического равновесия.
Результаты расчета теплофизических свойств продуктов термической переработки твердых топлив.
Зависимости теплофизических свойств для продуктов сгорания органических топлив от температуры и давления.
Личный вклад автора в работу.
Разработан метод расчета химической составляющей теплопроводности.
Создана база данных по интегралам столкновения для пар компонент.
Разработан и верифицирован программный код, позволяющий рассчитывать свойства переноса сложных химически реагирующих газовых смесей.
Проведены расчеты теплофизических свойств для газовой фазы продуктов сгорания основных энергетических углей.
Построены зависимости теплофизических свойств газовой фазы продуктов сгорания органических топлив от температуры.
Достоверность результатов. Достоверность используемых в работе методов
подтверждается сравнением результатов типовых расчетов с данными из других источников. Для верификации разработанных автором программ использовались известные экспериментальные данные, а также расчетные данные, полученные при помощи существующих программных кодов.
Апробация результатов. Основные положения и результаты работы были представлены на 12 конференциях и научных школах, среди которых: XVII, XVIII и XIX Школах-семинарах молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева; международных конференциях Experimental Fluid Mechanics 2011 и 2012; международной школе-конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», проходившей в рамках XXX Сибирского теплофизического семинара; международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века»; II, III и IV всероссийских конференциях «Теплофизические основы энергетических технологий»; XVII международной конференции по химической термодинамике РССТ-2009; всероссийской химической конференции «Бутлеровские чтения-2011».
Основные результаты проделанной автором работы представлены в 14 работах, из которых 3 опубликованы в рецензируемых журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованных обозначений, списка литературы и одного приложения. Объем работы составляет 145 страниц, в том числе: основная часть из 113 страниц. Список литературы содержит 140 наименований. Диссертация содержит 71 рисунок и 36 таблиц.
Обзор данных по составу и свойствам продуктов сгорания твердых топлив
Дальнейшее развитие теория получила в работе [17], где рассматривается строгая кинетическая теория многокомпонентных многоатомных газов. Использованные авторами методы представляют собой комбинацию методов, применявшихся Чепменом (Chapman) и Энскогом (Enskog) для одноатомных газов (позже расширенных для многокомпонентной смеси Кертисом (Kertiss) и Гиршфельдером) и методов, применявшихся Ванг Чангом и Уленбеком для одиночного многоатомного газа, в том случае, когда в нем достигается равновесие между внутренними и поступательными степенями свободы. Данные расчеты соответствуют первой аппроксимации классической теории Чепмена-Энскога. Выражения были получены для коэффициентов сдвиговой вязкости, объемной вязкости, диффузии, коэффициента термодиффузии и теплопроводности с учетом вкладов от поступательных и внутренних степеней свободы. В следующей работе [18] была представлена доработанная теория, которая может использоваться при практических расчетах теплопроводности многоатомных и полярных газов и газовых смесей. Для чистых газов результаты были получены на основе уравнений Ванг Чанга и Уленбека и не включают в себя приближений, при условии, что есть подходящий точный способ определения коэффициента диффузии энергии внутренних степеней свободы. Приближения, вводимые авторами для реальных газов, касаются только численных оценок коэффициента диффузии энергии внутренних степеней свободы и времен релаксации. Для смесей результаты были получены на основе кинетической теории, представленной в предыдущей статье [17]. При получении, применимых на практике результатов, использовалось два приближения: во внимание принимались только парные столкновения, наличие множественных столкновений не учитывалось. Считалось, что связь между состояниями внутренней энергии и относительной скоростью (или эквивалентными ей дифференциальными сечениями взаимодействия) отсутствует. В результате, с использованием этих приближений и известных способов определения коэффициента диффузии энергии внутренних степеней свободы и времени релаксации, авторами было получено выражение, удобное для практического применения. Сэндлер (Sandler) в своей статье [19] приводит сравнение результатов расчетов по разным аппроксимирующим формулам для теплопроводности многоатомного газа, разработанным Эйкеном, Гиршфельдером, Мэйсоном и Мончиком, Saxena. Полученные расчетные данные сравниваются с данными из экспериментальных исследований и результатами расчетов для модели многоатомных молекул. Автором было показано, что формулы Мэйсона и Мончика являются наиболее точными. В последней работе [20] кинетическая теории многоатомных и многополярных (multipolar) газов была использована для получения общих корреляций, которые позволяют рассчитывать теплопроводность разреженных газов в зависимости от известных параметров взаимодействия и теплофизических свойств газов. Расчетные результаты сравнивались с экспериментальными данными для N2, CO, CO2, N2O, CH4 и CF4. Кроме того, проведенное авторами сравнение новых данных со старыми результатами для HCl показало, что данная методика также может применяться и в случае полярных газов.
Направление, связанное с исследованием свойств переноса многоатомных газов изучено достаточно хорошо, но остаются вопросы, связанные с учетом влияния внутренних степеней свободы молекул, определением свойств переноса при повышенных давлениях, в условиях высоких температур, когда существенную роль играют протекающие в системе химические реакции и процессы ионизации в том числе.
Учет внутренних степеней свободы Для правильного учета влияния внутренних степеней свободы на свойства переноса многокомпонентных смесей газов необходимо уметь оценивать время релаксации вращательных и колебательных степеней свободы молекул, входящих в состав смеси. Этот вопрос подробно исследовался в ряде работ. Основной из них является статья Паркера (Parker) [21]. В ходе данной работы был проведен расчет времен релаксации вращательных и колебательных степеней свободы молекул. Потенциал, использовавшийся при расчетах, описывал взаимодействие молекул в виде суммы притягивающей компоненты, действующей на геометрические центры молекул, и отталкивающей, которая, как предполагалось, действует между центрами масс каждой из молекул. На больших расстояниях превалировала притягивающая составляющая, на малых – отталкивающая. На основании этой модели были получены выражения для ZR (количество столкновений, необходимых для релаксации вращательных степеней свободы) и ZV (количество столкновений, необходимых для релаксации колебательных степеней свободы). Анализ полученных результатов показал, что ZR –постепенно возрастающая функция с ростом температуры, а ZV является быстро убывающей с ростом температуры функцией. Паркер предполагал, что релаксация вращательных степеней свободы молекул двухатомных газов может быть описана при помощи единственного времени релаксации, которое рассчитывается для специального случая изначально не вращающихся молекул.
В теории, представленной в статье [22], функция распределения вращательных степеней свободы описывается при помощи диффузионного приближения для основного уравнения. Это уравнение линеаризуется и впоследствии решается для случая акустических волн. Результаты решения показали, что адсорбция и дисперсия акустических волн не могут быть описаны при помощи только одного времени релаксации. Однако их поведение при очень низких и очень высоких частотах может быть описано при помощи «кажущихся времен релаксации», которые отличаются примерно на 50%. Температурная зависимость этих времен похожа на зависимость, описанную Паркером, но абсолютная величина больше.
В работе [23] исследовалась передача энергии между вращательными и поступательными степенями свободы при столкновениях гомоядерных двухатомных молекул. Кроме того, изучались времена релаксации вращательных степеней свободы в двухатомных газах. Численное решение задачи для процесса передачи вращательной энергии при индивидуальных столкновениях было получено с использованием модели Паркера для межмолекулярного потенциала. Метод решения для поиска траекторий столкновения был объединен с методом Монте-Карло для оценки свойств переноса двухатомных газов. Использовались выражения, полученные Ванг Чангом и Уленбеком, Тэксменом для коэффициентов переноса газов с учетом внутренних степеней свободы. Авторами представлены результаты расчетов для сдвиговой вязкости, теплопроводности и времени релаксации вращательных степеней свободы азота в сравнении с экспериментальными данными. Результаты представлены как для модели парных столкновений, так и для случая тройных столкновений между молекулами.
Определение термодинамических свойств сложных систем
В данной главе приводится описание использовавшихся в работе методов определения состава, термодинамических свойств и свойств переноса сложных, многокомпонентных газовых смесей. В качестве исходной информации для расчетов используются данные по теплофизическим свойствам «чистых» компонент, образующихся в соответствующих процессах – термической переработке твердых топлив, металлургии, процессах в химических технологиях, а также данные по составам и теплофизическим свойствам исходных веществ. Для ряда описанных методов указаны использовавшиеся при выводе уравнений приближения и границы их применимости, проведена оценка погрешностей, возникающих за счет использования различных допущений. Приведено краткое описание необходимых для расчета исходных данных, в частности описана база данных по свойствам индивидуальных компонент и параметрам взаимодействия пар различных компонент. Описаны особенности программных кодов, разработанных автором на основе новых разработок и новых методов моделирования рассматривавшихся процессов.
Непосредственно автором работы были выведены на основе существующих формул уточненные выражения для поступательной теплопроводности и теплопроводности за счет диффузии внутренних степеней свободны. Разработан ряд компьютерных программ на основе представленных методов, в частности: программа расчета свойств переноса многокомпонентных газовых смесей, дополнения к программе химической термодинамики ТЕТРАН, разработанной ранее в ЭНИНе без участия автора. Дополнения связанны с расчетом исходных данных и определением ряда ключевых характеристик системы.
Необходимым условием применимости метода для расчетов процессов в конкретных устройствах, является состояние термодинамического равновесия среды в целом или состояние локального термодинамического равновесия среды в каждом малом объеме. Последнее возникает в том случае, когда характерные времена химических и фазовых превращений меньше характерных времен изменения параметров состояния среды (например, давления и температуры). Кроме того, существует ряд условий, определяемых моделью газовой и конденсированной фаз, ниже они будут описаны более подробно.
Реально не всегда в системе в целом или локально в потоках имеет место термодинамическое равновесие. Однако в этих случаях с помощью разработанного метода и компьютерной программы могут быть рассчитаны предельные циклы или предельные состояния в потоке, которые полезны при анализе эффективности устройств. Метод также может быть использован для исследования свойств частично «замороженных» сред, когда какая-либо компонента или набор компонент среды не претерпевают существенных изменений за времена, характерные для данного устройства.
Состояние химически реагирующей системы определяется заданными термодинамическими переменными, а также свойствами поверхностей раздела фаз и контактом системы с окружающей средой. Состояние закрытой системы определяется заданием двух термодинамических переменных (например Т и р) и условий сохранения массы. Для такой системы в состоянии термодинамического равновесия потенциал Гиббса принимает минимальное значение. В том случае, когда в системе присутствуют заряженные частицы, к условиям постоянства массы добавляется условие сохранения заряда. Для получения выражений, связывающих состав и термодинамические свойства системы с ее параметрами, такими как давление и температура, необходимо сделать ряд предположений. В ходе текущей работы были приняты следующие допущения о свойствах рассматривавшихся систем:
1. Граница раздела фаз считается плоской. Полагается, что силы поверхностного натяжения на границах раздела фаз пренебрежимо малы;
2. Газовая фаза рассматривается как смесь идеальных газов;
3. Конденсированные фазы являются либо чистыми веществами, либо идеальными растворами различных чистых веществ;
4. При смешивании конденсированных веществ предполагается аддитивность объема и внутренней энергии.
Рассмотрим теперь допущение 2, связанное с неидеальностью газовой фазы. Формальный вид уравнений химической термодинамики одинаков как для систем, состоящих из идеальных газов и чистых фаз, так и для систем, в которых одна или несколько фаз неидеальны. Различие проявляется в преобразовании этих уравнений с использованием конкретных выражений для химических потенциалов газовой или конденсированных фаз. Для чистых конденсированных фаз неидеальность учитывается автоматически, поскольку чистые фазы состоят из одного компонента и для них используются опытные данные. Идеальность газовой фазы задается видом уравнения состояния. Если оно имеет вид
Метод расчета вязкости газовой смеси
Для решения системы итерационных уравнений (2.1.37) - (2.1.38) необходимо для каждой точки, определяемой значениями Тир (или Т и V) задать начальные приближения для N7 ,N7. В качестве начальных приближений в некоторой точке берутся значения решения системы из предыдущей точки по температуре. Расчет проводится с некоторым шагом dT, величина которого определяется в основном областью рассматриваемых температур, объемов и давлений. В качестве первой точки выбирается точка с параметрами Т0=6000 К, р0=1 атм, V0=0.001 м. При таких значениях давления и температуры, большая часть молекул, как правило, диссоциирует на атомы и отсутствуют конденсированные фазы.
Поэтому в качестве начальных приближений в этом случае берутся исходные числа молей атомов. Для электронов в качестве начального приближения удобнее выбрать начальное число молей, равное исходному числу молей атомов с наименьшим потенциалом ионизации. При определении состава многофазных систем в области высоких температур конденсат, как правило, отсутствует и появляется лишь по мере снижения температуры. Это обстоятельство вызывает вырождения уравнений нормировки по фазам в той области, где эта фаза отсутствует. Для снятия вырождения системы в области отсутствия конденсата в каждую фазу вводится по одному фиктивному компоненту, термодинамические свойства, которых совпадают со свойствами инертных веществ, например Ar. Содержание фиктивных компонент в области отсутствия соответствующей конденсированной фазы задается первоначально равным содержанию газовой фазы или просто большему значению. Первая стадия расчета, проводимая в данной области, в дальнейшем будет называться холостым ходом. Схема расчета такова: расчет ведется при указанных выше параметрах p0, V0, начиная от температуры T0 и до температуры Tр T0. Температура Tр выбирается в области существования конденсированных фаз так, чтобы обеспечить расчет точки фазового перехода с большим содержанием фиктивных компонент. После холостого хода при температуре Tр содержание фиктивных компонент задается минимальным и проводится расчет при Tр. Таким образом, получается первая точка реального расчета, которая в дальнейшем используется как начальное приближение для следующего значения температуры.
Для обеспечения сходимости решения итерационных уравнений при каждом переходе от точки T, p к точке T+dT, p производится процедура переориентации по базисным компонентам, то есть переход от одного набора базисных компонент к другому набору так, чтобы новый набор базисных компонент включал те компоненты, концентрации которых имеют наибольшее значение в сравнении со всеми другими компонентами. Переориентация осуществляется по результатам расчетов в предшествующей точке Tp относительно точки T+dT. Далее рассматривается конкретный пример. Считаем, что в точке T, p матрица стехиометрических коэффициентов имеет следующий вид (Таблица 2.1):
Определитель квадратной матрицы, составленной из коэффициентов первых трех компонент равен нулю, что показывает, что компоненты H2O, CO2, O2 являются линейно независимыми. Практически поиск новых базисных компонент осуществляется сравнением величин N или ln N . Сначала определяет наибольшая компонента по первому индексу j, ii концентрация которой больше, чем у соответствующей концентрации базисной компоненты.
Затем новая базисная компонента меняется местами со старой и происходит проверка на линейную независимость нового базиса. После этого осуществляется подбор следующей компоненты базиса и так для всех j. Переориентация базиса неоднозначна и, можно заметить, что при поиске новых компонент по индексу j слева или справа в базис попадут разные компоненты.
Для этого необходимо найти матрицу, обратную к матрице, составленной из элементов новых базисных компонент в старом базисе. Процедура отыскания обратной матрицы А 1 сводится к вычислению транспонированной матрицы и ее обращению. Таким образом, новая матрица равна
Далее рассчитывается состав в следующей точке. Процедура переориентации на преобладающие компоненты является решающим обстоятельством при решении задачи о расчете состава сложной химически реагирующей системы.
Расчет реальных систем
На рисунке 3.3.34 приведены зависимости «замороженной» теплопроводности газовой фазы продуктов сгорания композитных топлив от температуры при различных давлениях. Отметим, что набор реакций, рассматривающийся в данной работе при определении реакционного вклада в теплопроводность не применим в полной мере к аналогичному расчету для ракетных топлив. Это связано с принципиальной разницей в составе топлив и, поэтому, при сжигании ракетных в образующейся системе имеют место другие ключевые реакции.
На рисунке 3.3.35 приведены результаты расчета состава газовой фазы продуктов пиролиза Ленинградского сланца. На рисунке показаны наиболее ярко представленные компоненты, также играющие существенную роль при дальнейшем расчете свойств переноса газовой составляющей продуктов пиролиза сланца. Видно, что наиболее сильно выходят CO и H2. Смесь этих газов представляет собой синтез-газ, являющийся основным продуктом при газификации органических топлив.
В первой части работы приводится обзор имеющейся в открытом доступе литературы, связанной с темой диссертации. Целью обзора является освещение современного состояния вопроса и выделение ключевых проблем в данной области. Показано, что, несмотря на достаточно широкую изученность области теплофизики, связанной с исследованием теплофизических свойств веществ и их смесей, остаются нераскрытые вопросы. Один из них связан с высокотемпературной областью, когда существенную роль играют процессы ионизации. Еще один вопрос, которому уделяется большое внимание, это поиск теплофизических свойств в условиях повышенного давления, когда газовую фазу нельзя считать достаточно разреженной. И наконец, еще одна проблема связана с неравновесной плазмой, в условиях протекания в ней химических реакций.
Во второй части работы приведено описание методов, использовавшихся при решении поставленных задач. Указаны приближения, использовавшиеся при получении итоговых уравнений. Помимо непосредственно методов определения теплофизических свойств многокомпонентных, химически реагирующих газовых смесей, приведена информация об источниках необходимых исходных данных и возможных методах их получения. В данной главе описан упрощенный метод расчета теплопроводности с учетом влияния внутренних степеней свободы. Описан новый метод расчета вклада в теплопроводность за счет присутствующих в системе химических реакций.
В третьей части диссертации приведены результаты практических расчетов и данные по верификации описанных методов. Показано, что в целом используемые методы хорошо описывают экспериментальные данные. Приводятся расчетные данные по составу и теплофизическим свойствам продуктов термической переработки реальных топлив. В данной работе в качестве топлив для практических расчетов рассматривались два вида энергетических углей из разных бассейнов, отличающихся друг от друга по составу и свойствам. Дополнительно представлены аналогичные расчетные данные, полученные для продуктов сгорания двух композитных ракетных топлив и для продуктов пиролиза сланца.
Основные выводы работы сводятся к следующему:
1) Анализ доступной литературы показал, что область науки, связанная с моделированием свойств переноса является достаточно хорошо изученной, но остаются незакрытые вопросы. Интерес представляет моделирование свойств переноса для многокомпонентных смесей в присутствии химических реакций и реакций ионизации.
2) При моделировании состава и теплофизических свойств продуктов сгорания твердых топлив, важную роль играет правильное описание поведения их минеральной части. Для этого необходимо иметь данных по начальному составу минеральной части топлив и данные по кинетике основных реакций, которые реализуются при её термической обработке.
3) Анализ полученных расчетных данных по составу продуктов сгорания углей показал, что изначальное разбиение по фазам оказывает существенное влияние на состав конденсированной фазы продуктов сгорания органических топлив.
4) На основании сравнения расчетных данных по вязкости и теплопроводности газовой фазы продуктов сгорания углей с данными нормативного метода можно сделать вывод о том, что данные из метода недостаточно полно описывают указанные свойства. Свойства переноса продуктов сгорания углей сильно варьируются в зависимости от бассейна. Внутри одного бассейна различия выражены гораздо слабее.
5) На примере расчетных данных по продуктам сгорания композитных ракетных топлив показано, что полученная в работе методика позволяет оценивать условия сжигания топлива, при которых достигается наибольшая эффективность.
Рекомендации к использованию результатов. Результаты данной работы могут использоваться для быстрой оценки термодинамического состава и теплофизических свойств продуктов термической переработки различных видов топлива. Результаты по свойствам продуктов сгорания углей могут использоваться при тепловых расчетах топок, котельных агрегатов и других устройств, связанных с термической переработкой этого вида топлива.
