Компьютерное моделирование течения в микрофакельных горелочных устройствах с асимметричной подачей топлива

  • N. M. Fialko Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев https://orcid.org/0000-0003-0116-7673
  • V. G. Prokopov Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев https://orcid.org/0000-0002-9026-8742
  • S. O. Alioshko Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев https://orcid.org/0000-0002-0430-7144
  • M. Z. Abdulin Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев, Национальный технический ун-тет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", г. Киев
  • K. V. Rokitko Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев
  • O. E. Maletska Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев
  • E. I. Milko Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев https://orcid.org/0000-0002-4687-0998
  • N. M. Olkhovska Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев https://orcid.org/0000-0001-7903-7225
  • A. Regragi Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев https://orcid.org/0000-0001-5183-410X
  • A. O. Evtushenko Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев
Ключові слова: стабилизаторы пламени; односторонняя подача топлива; CFD моделирование; зона обратных токов; закрылки

Анотація

Выявлены основные закономерности изотермического течения топлива и окислителя в микрофакельном горелочном устройстве с односторонней подачей топлива. Получены данные компьютерного моделирования с использованием подхода DES (Detached Eddy Simulation), представляющего собой комбинацию моделей RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) и LES (Large Eddy Simulation) в разных областях пространства. Установлены эффекты влияния длины закрылка, расположенного на торцевой поверхности стабилизаторов пламени, на различные характеристики течения. Показано, что наличие закрылков приводит к существенному изменению вихревой структуры в следе за стабилизаторами. Оценено влияние длины закрылков на такие параметры течения, как протяженность зоны обратных токов в закормовой области стабилизаторов пламени, уровень среднеквадратичных пульсаций скорости в данных зонах и пр. Установлено, что с увеличением длины закрылков существенно возрастает протяженность зоны обратных токов за стабилизатором. Выявлено также, что чем короче закрылки, тем больше превышает их длину протяженность зоны обратных токов. Выполнен анализ пространственного распределения пульсаций скорости в рассматриваемом горелочном устройстве при наличии и отсутствии закрылков на торцевых поверхностях стабилизаторов пламени. Показано, что наиболее высокий уровень данных пульсаций наблюдается вблизи границы зоны обратных токов, удаленной от торца стабилизатора. Установлено, что уровень среднеквадратичных пульсаций скорости является наиболее высоким в условиях отсутствия закрылка и снижается при увеличении его длины.

Біографії авторів

N. M. Fialko, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

д-р техн. наук, професор, член-кореспондент НАН України, завідувач відділу

V. G. Prokopov, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

д-р техн. наук, професор, пров. наук. співробітник

S. O. Alioshko, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

канд. техн. наук, пров. наук. співробітник

M. Z. Abdulin, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев, Национальный технический ун-тет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", г. Киев

канд. техн. наук, ст. наук. співробітник; доцент, кафедра ТЕУ Т та АЕС

K. V. Rokitko, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

мол. наук. співробітник

O. E. Maletska, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

канд. техн. наук, ст. наук. співробітник

E. I. Milko, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

ст. наук. співробітник

N. M. Olkhovska, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

наук. співробітник

A. Regragi, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

мол. наук. співробітник

A. O. Evtushenko, Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

мол. наук. співробітник

Посилання

Bagheri, G., Hosseini, S. E., & Wahid, M. A. (2014). Effects of bluff body shape on the flame stability in premixed micro-combustion of hydrogen-air mixture. Applied Thermal Engineering, 67, 26–27. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.03.040
Carlssona, H., Nordströmb, E., Bohlinb, A., Peterssonb, P., Wua, Y., Collinb, R., Aldénb, M., Bengtssonb, P.-E., & Baia, X.-S. (2014). Large eddy simulations and rotational CARS/PIV/PLIF measurements of a lean premixed low swirl stabilized flame. Combustion and Flame, 161(10), 2539–2551. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2014.03.017
Fialko, N. M., Butovskii, L. S., Prokopov, V. G., Sherenkovskii, Ju. V., Meranova, N. O, Aleshko, S. A., & Polozenko, N. P. (2011). Kompiuternoe modelirovanie protsessa smeseobrazovaniia v gorelochnykh ustroistvakh stabilizatornogo tipa s podachei gaza vnedreniem v snosiashchii potok vozdukha. [Computer simulation of the process of mixture formation in burner devices of the stabilizer type with gas introduction of gas into the blowing air flow]. Industrial Heat Engineering, 33(1), 51–56. [In Russian].
Fialko, N. M., Prokopov, V. G., Butovskii, L. S., Sherenkovskii, Ju. V., Aleshko, S. A., Meranova, N. O., & Polozenko, N. P. (2011). Osobennosti techeniia topliva i okislitelia pri eshelonirovannom raspolozhenii stabilizatorov plameni. [Peculiarities of the flow of fuel and oxidizer at the layered arrangement of flame stabilizers]. Industrial Heat Engineering, 33(2), 59–64. [In Russian].
Fialko, N. M., Prokopov, V. G., Butovskii, L. S., Sherenkovskii, Ju. V., Meranova, N. O., Aleshko, S. A., Kokhanenko, P. S., & Polozenko, N. P. (2010). Modelirovanie struktury techeniia izotermicheskogo potoka v eshelonirovannoi reshetke ploskikh stabilizatorov plameni. [Modeling of the structure of an isothermal flow in an echeloned lattice of flat flame stabilizers]. Industrial Heat Engineering, 32(6), 28–36. [In Russian].
Fialko, N. M., Sherenkovskii, Ju. V, Prokopov, V. G., Polozenko, N. P., Meranova, N. O., Aleshko, S. A., Ivanenko, G. V., Yurchuk, V. L., Milko, E. I., & Olkhovskaia, N. N. (2015). Modelirovanie struktury techeniia v eshelonirovannykh reshetkakh stabilizatorov pri varirovanii shaga ikh smeshcheniia. [Modeling of the flow structure in echeloned grids of stabilizers by varying their displacement step]. (Vol. 2). Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 8(74), 29–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.39193
Fialko, N. M., Sherenkovskii, Ju. V., Mayson, N. V., Meranova, N. O., Abdulin, M. Z., Butovskii, L. S., Polozenko, N. P., Klishch, A. V., Stryzheus, S. N., & Timoshchenko, A. B. (2014). Matematicheskoe modelirovanie protsessov techenija i smeseobrazovanija v tsilindricheskom stabilizatornom gorelochnom ustrojstve. [Mathematical modeling of the processes of flow and mixture formation in a cylindrical stabilizer burner device]. (Vol. 3). Eastern- European Journal of Enterprise Technologies, 8(69), 40–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.24895
Fialko, N. M., Sherenkovskii, Ju. V., Mayson, N. V., Meranova, N. O., Butovskii, L. S., Abdulin, M. Z., Polozenko, N. P., Klishch, A. V., Strizheus, S. N., & Timoshchenko, A. B. (2014). Intensifikatsiia protsessov perenosa v gorelochnom ustroistve s tcilindricheskim stabilizatorom plameni. [The intensification of transfer processes within a burner with a cylindrical flame holder]. Scientific Bulletin of UNFU, 24(5), 136–142. [In Russian].
Lawal, M. S., Fairweather, M., Ingham, D. B., Ma, L., Pourkashanian, M., & Williams, A. (2010). Numerical Study of Emission Characteristics of a Jet Flame in Cross-Flow. Combustion Science and Technology, 182(10), 1491–1510. https://doi.org/10.1080/00102202.2010.496379
Ravi, D. (2014). Large Eddy Simulation of Triangular Bluff-Body Stabilized Flames in Partially Premixed Condition. Middle-East Journal of Scientific Research, 20(10), 1234–1238. https://doi.org/10.5829/idosi.mejsr.2014.20.10.114098
Snegirev, A., Kokovina, E., & Tsoy, A. (2015). Coupled simulations of turbulent flame and pyrolysis of combustible material. Proceedings of the European Combustion Meeting, Paper P4-16, March 30 – April 2. Budapest, Hungary.
Subramanian, V., Domingo, P., & Vervisch, L. (2010). Large eddy simulation of forced ignition of an annular bluff-body burner. Combustion and Flame, 157, 579–601. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2009.09.014
Volkov, K. N., & Emelyanov, V. N. (2008). Modelirovanie krupnykh vikhrei v raschetakh turbulentnykh techenii. [Modeling of large eddies in calculations of turbulent flows]. Moscow: FIZMATLIT. [In Russian].
Wan, J., Fan, A., Maruta, K., Yao, H., & Liu, W. (2012). Experimental and numerical investigation on combustion characteristics of premixed hydrogen/air flame in a micro-combustor with a bluff body. International Journal Hydrogen Energy, 37, 19190–19197. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.09.154
Warnatz, J., Maas, U., & Dibble, R. W. (2003). Goreniye. Fizicheskie i khimicheskie aspekty, modelirovanie, eksperimenty, obrazovanie zagriazniaiushchikh veshchestv. [Combustion. Physical and chemical fundamentals, modeling and simulations, experiments, pollutant formation]. Moscow: Fizmatlit. [In Russian].
Опубліковано
2018-10-25
Як цитувати
Fialko, N. M., Prokopov, V. G., Alioshko, S. O., Abdulin, M. Z., Rokitko, K. V., Maletska, O. E., Milko, E. I., Olkhovska, N. M., Regragi, A., & Evtushenko, A. O. (2018). Компьютерное моделирование течения в микрофакельных горелочных устройствах с асимметричной подачей топлива. Науковий вісник НЛТУ України, 28(8), 117-121. https://doi.org/10.15421/40280823
Розділ
Інформаційні технології