Modeling of a three-dimensional velocity field in a rotary drum furnace | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2024. № 90. DOI: 10.17223/19988621/90/10

Modeling of a three-dimensional velocity field in a rotary drum furnace

This paper deals with the problem of laminar axisymmetric incompressible flow in the working area of a rotary drum furnace. A system of second-order partial differential equations is derived and solved numerically using the finite difference method. The obtained solutions are tested for mesh convergence and compared with available analytical solutions for a laminar axisymmetric flow. The numerical results show that furnace rotation significantly affects the gas flow in the working section of the apparatus. Thus, the temperature distribution over the working area and furnace surface can be controlled through the furnace rotation velocity and gas flow rate. The input velocity profile also affects the flow pattern in the furnace. Vortex zones with counterflow occur near the walls, where the axial velocity profile is more elongated than the Poiseuille parabola. On the symmetry axis, the axial velocity is higher than that of the Poiseuille flow. The proposed mathematical model allows one to calculate more accurately the degree of thermal decomposition as a function of temperature and longitudinal coordinate along the furnace axis.

Download file

Counter downloads: 10

Keywords

mathematical modeling, ammonium polyuranate, thermal decomposition, rotary drum furnace, pipe flow

Authors

Name	Organization	E-mail
Kim Valeriya V.	Tomsk State University; Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences	kimvaleriia@mail.ru
Brendakov Vladimir N.	Seversk Technological Institute - a branch of the National Research Nuclear University MEPhI	vnbrendakov@mephi.ru

Всего: 2

References

Lavan Z., Nielsen H., Fejer A.A. Separation and Flow Reversal in Swirling Flows in Circular Ducts // Physics of fluids. 1969. V. 12 (9). P. 1747-1757.

Турубаев Р.Р., Шваб А.В. Численное исследование аэродинамики закрученного турбулентного течения и процесса классификации частиц в вихревой камере центробежного аппарата // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 65. С. 137-147.

Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: в 2 т. М.: Мир, 1991.

Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984.

Douglas J., Gunn J.E. A general formulation of alternating direction implicit methods. Part 1: Parabolic and hyperbolic problems // Numerische Math. 1964. V. 6. P. 428-453.

Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980.

Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в тру бах. М.: Энергия, 1967.

Пейре Р., Тейлор Т.Д. Вычислительные методу: в задачах механики жидкости. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит, 1987.

Zhiganov A., Lobas O., Pishchulin V., Mironov V. Thermal decomposition of (NH4)2U4Oi3 // Vth Korea - Russia Intern. Symp. on Science and Technology Proceeding (KORUS 2001). 2001. Tomsk: Tomsk Polytechnic University, 2001. V. 2. P. 165-167.

Пищулин В.П., Алимпиева Е.А., Зарипова Л.Ф., Кропочев Е.В. Разработка технологии получения оксидов урана ядерной чистота: // Известия вузов. Физика. 2017. № 60 (11/2). С. 86-91.

Брендаков В.Н., Дементьев Ю.Н., Кладиев С.Н., Пищулин В.П. Технология и оборудова ние производства оксидов урана // Известия Томского политехнического университета. 2005. № 308 (6). С. 95-98.

Пищулин В.П., Брендаков В.Н. Математическая модель процесса термического разло жения в барабанной вращающейся печи // Известия Томского политехнического университета. 2005. № 308 (3). С. 106-109.