Stability of the combustion of polydisperse coal-methane-air mixture in the heat recovery burner.pdf В настоящей работе решается задача об устойчивости горения угле-метано-воздушной смеси (УМВС) в горелке с рекуперацией тепла. Устойчивость горения в рассматриваемом случае определяется составом смеси и процессом рекуперации тепла и зависит от скорости подачи смеси на вход горелки. Угле-метано-воздушная смесь представляет собой полидисперсную взвесь инертных и реагирующих частиц угольной пыли в метано-воздушной смеси с содержанием метана меньше стехиометрического значения. На устойчивость горения влияет процентное соотношение между инертными и реагирующими частицами, массовая концентрация угольной пыли и метана в смеси, а также размер частиц угольной пыли. В частности, исследования влияния размеров, массовой концентрации частиц, состава смеси на возможность горения и особенности распространения пламени реагирующей газовзвеси выполнены в [1-4]. В работе [1] показано, что смесь реакционноспособного газа с воздухом и угольной пылью способна к взрыву при малых концентрациях угольных частиц в воздухе. При этом аэровзвесь угольной пыли или метано-воздушная смесь по отдельности при взятых концентрациях в воздухе не способны к взрыву. Авторами [2-3] рассмотрено влияние мелкодисперсной фракции угольных частиц на скорость распространения пламени газовзвеси. Показано, что в случае малых начальных концентраций горючего в газе присутствие в газовой смеси реагирующих частиц увеличивает скорость распространения фронта горения. При значениях концентрации горючего в газе, близких к стехиометрическому значению, частицы уменьшают скорость пламени. Выполнено численное исследование горения монодисперсной взвеси угольной пыли в бедной метано-воздушной смеси в горелке с рекуперацией тепла [4]. Показано, что с увеличением радиуса частиц уменьшается максимальное значение скорости подачи газа на входе в горелку, для которого возможно установление устойчивого режима горения. В настоящей работе приведено численное исследование задачи горения мета-но-воздушной смеси со взвешенной полидисперсной угольной пылью в щелевой горелке с инертной внутренней вставкой. Постановка задачи основана на физико-математической постановке [4]. Учитывается полидисперсность угольной пыли, полагается, что пыль состоит из инертных и реагирующих частиц. Целью работы является определение условий устойчивого горения угле-метано-воздушной смеси в зависимости от состава и скорости подачи. Холодная угле-метано-воздушная смесь с массовым содержанием метана aCH4,v, общей массовой концентрацией частиц mdust = Z mdust i и температурой i=1..N газовой фазы Tg,v подается со скоростью Uv в предварительно разогретую щелевую горелку со стороны х = 0. Полагается, что частицы пыли подразделяются на инертные и реагирующие. Общее количество фракций пыли равно N. Прочие допущения математической постановки соответствуют [4]. Математическая постановка задачи имеет следующей вид: Уравнение энергии для газовой фазы: , Р. ^+c. Р5 ((, S - T, ) с дх дх дх Z [GCkTk,i + akinkiSk,i (Tk,i -Tg ) + Q1pgaCH4aO2k01 eXP i=1,..., N , ч IT (х, t), х < L, T S (х, t) = •! S) ' s 0 < х < 2L, 1,SV ' [TS (2L -х,t), х > L, Уравнение энергии для внутренней перегородки: E (1) RuTg dTS . д TS ?sPs^ = K - hL (Ts - Tg (х, t))) ( - T, (2L - х, t)), 0 < х < L . (2) dt дх' Уравнение энергии для реагирующих частиц i-й фракции: dTk i dTk i . . ск Pk .i-^- + U°k Pk = a k ,rSk ,rnk ,i (Tg - Tk ,i ) + Q2Gi - GiCkTk i = 1,...,N, 0 < х < 2L. Уравнение баланса массы метана в смеси: k ,i> (3) daCH4 =_d_\D(t )daCH4 дх дх I ^ g' дх daC k01pgaCH4aO2 exp - + u dt RuTg 0 < х < 2L . Уравнение баланса массы окислителя в смеси: (4) E H"O2VO2 k01pgaCH4aO2 exp dt \ RuTg j 9aO2_ + u daO2 дх дх У дх j ^CH4vCH4 H"O2VO2 Gi 0 < х < 2L. (5) ^CVC i=ZN P Уравнение состояния идеального газа: p = PgRgTg = const. Уравнение неразрывности для газа: dPg , d(Pgu) = (6) = Z Gi . (7) dt i=1,..., N дх Уравнение баланса массы частиц i-й фракции: dPki , d(pk,U) = -Gi, i = 1,..., N . (8) dt dx Уравнение счетной концентрации частиц i-й фракции: dnk ,i , dnk i u + ' = 0, i = 1,...,N . (9) dt dr Уравнение изменения радиуса частиц i-й фракции: k ,i 3р = ?! 0 , i = 1,...,N. (10) I 4лPki nk,i Начальные условия: Tg (x,0) = Tg b (x), Ts (x,0) = Ts b (x), Тк^ (x,0) = TkJ> (x), Pk,i (x,° = Pk,b (x), aCH4 (x,° = aCH4,b (x) aO2 (x,° = aO2,b (x), (11) u (x,0) = Ug ь(x), nk,i (x,0) = nkb(x). Граничные условия: T (0, t) = T ,V , Tk,i (0, t) = Tk,V, aCH4 (0, t) = aCH4,v, aO2 (0, t) = aO2,v, Pk,V dTs (0, t) 1000, x h Re Pr/ 100 / -100 h Re Pr 3.78 + (Nu* -3.78)-^-, 100

Скачать электронную версию публикации