Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2023

Ключевые слова: burner, superheated steam, n-heptane, diesel fuel, regime control, NO<sub>x</sub>, горелочное устройство, перегретый водяной пар, н-гептан, дизельное топливо, управление режимами, снижение NO<sub>x</sub>

Аннотация: Представленная работа является продолжением цикла исследований авторов, направленных на изучение закономерностей горения жидких углеводородов в условиях подачи пара применительно к разработке низкоэмиссионных горелочных устройств. При численном моделировании горения дизельного топлива в качестве однокомпонентного аналога используется н-гептан (формула C₇H₁₆). Для верификации полученных результатов необходимы достоверные экспериментальные данные. В настоящей работе впервые экспериментально исследованы показатели горения н-гептана при распыле перегретым водяным паром в новом лабораторном атмосферном горелочном устройстве c принудительной подачей воздуха в камеру газогенерации. Проводится сопоставление результатов расчетов с данными по дизельному топливу. Выполненное сравнение показывает, что характер зависимостей газовых компонент внутри факела для дизеля и гептана отличается. Это связано в первую очередь с разной плотностью, вязкостью топлив, их воспламеняемостью и скоростью горения (зависящей, в том числе от принудительной подачи воздуха (окислителя)). При этом количественное сравнение показывает, что на границе факела значения газовых компонент довольно близки друг к другу. На состав конечных продуктов горения бóльшее влияние оказывает комплекс протекающих физико-химических процессов в присутствии пара (газификация, расщепление углеводородов, разбавление горючей смеси, образование активных радикалов OH), чем свойства топлива. Показано, что при сжигании н-гептана с распылением паровой струей сохраняются все основные особенности, характерные для горения дизеля с подачей водяного пара. Обеспечивается высокая полнота сгорания топлива и низкий уровень токсичных выбросов в атмосферу, удовлетворяющий европейскому нормативу EN:267. С увеличением доли пара в горючей смеси сохраняется тенденция к снижению CO и NO_x . Управление расходом воздуха в камере газогенерации горелки позволяет дополнительно регулировать уровень токсичных продуктов сгорания в атмосферу. Динамика зависимостей выбросов CO и NO_x повторяется для гептана и дизеля с некоторыми локальными отличиями. Также в работе выполнен анализ корректности применимости н - гептана для задач численного моделирования горения дизеля в струе пара с указанными допущениями. This work is a continuation of a cycle of research by the authors aimed at studying the laws of liquid hydrocarbon combustion under steam supply conditions as applied to the development of low-emission burners. When simulating numerically diesel fuel combustion, n-heptane (formula C₇H₁₆) is used as a one-component analogue. Reliable experimental data are required to verify the obtained results. In this work, for the first time, the combustion parameters of n-heptane are experimentally studied when it is sprayed with superheated steam in a new laboratory atmospheric burner with forced air supply to the gas generation chamber. The calculation results are compared with data on diesel fuel. The performed comparison shows that the characters of gas component dependences inside the flame for diesel and heptane differ. This is primarily due to the different densities, viscosities of fuels, their flammability and burning rate (depending, among other things, on the forced supply of air (oxidizer)). At that, a quantitative comparison shows that the values of gas components at the flame boundary are quite close to each other. The effect of ongoing physicochemical processes in the presence of steam (gasification, hydrocarbon splitting, combustible mixture dilution, formation of active OH radicals) on the composition of final combustion products is higher than the effect of fuel properties. It is shown that during the combustion of n-heptane atomized by a steam jet, all the main features characteristic of diesel combustion with steam supply are retained. High completeness of fuel combustion and low level of toxic emissions into the atmosphere are ensured, which satisfies the European standard EN:267. With an increase in the share of steam in the combustible mixture, the tendency to a CO and NO_x decrease remains. The air flow control in the gas generation chamber of the burner allows further regulation of the level of toxic combustion products released into the atmosphere. The dynamics of dependences of CO and NO_x emissions repeats for heptane and diesel with some local differences. Also, the paper analyzes the correctness of n-heptane applicability for the problems of numerical simulation of diesel combustion in a steam jet with the indicated assumptions.

Журнал: Теплофизика и аэромеханика

Выпуск журнала: Т. 30, № 2

Номера страниц: 263-276

ISSN журнала: 08698635

Место издания: Новосибирск

Издатель: Сибирское отделение РАН, Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

• Ануфриев Игорь Сергеевич (Новосибирский государственный технический университет)
• Копьев Евгений Павлович (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
• Садкин Иван Сергеевич (Новосибирский государственный технический университет)
• Мухина Мария Андреевна (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
• Минаков Андрей Викторович (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)
• Кузнецов Виктор Александрович (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)