Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2021
Ключевые слова: тепломассообмен, аэродинамика, вихревые многофазные турбулентные реагирующие течения, физическое и математическое моделирование, бесконтактные методы диагностики, 3D численные расчеты, способы управления процессами переноса, перспективные вихревые топочные устройства, горение низкокачественного угля, энергоэффективность, экологическая безопасность
Аннотация: Экспериментально исследована пространственная структура потока в лабораторной модели четырёхвихревой топки. Диагностика поля скорости проведена с помощью трехкомпонентного лазерного доплеровского анемометра ЛАД-056. Результаты проведенных экспериментальных исследований структуры закрученного течения в модели четырехвихревой топки пПоказать полностьюозволили на основе критерия “минимума полного давления” визуализировать пространственную структуру вихревого ядра потока. Она представляет из себя эллиптический цилиндр с вертикальной ориентацией. Спектральный анализ пульсаций скорости свидетельствует об устойчивости (стационарном положении) вихревого ядра потока в данной конструкции топочного устройства. Для иных типов вихревых топок, имеющих вертикальную ось закрученного потока и тангенциальную подачу топливовоздушной смеси, характерна прецессия вихревого ядра, в результате чего при определенных условиях возможно возбуждение мощных термоакустических колебаний. Предотвращение этого потенциально опасного эффекта предполагает дополнительные ограничения, накладываемые на режимные параметры (такие как расход и закрутка потока), определяющие энергоэффективность и экологические характеристики топочного устройства. Таким образом, отсутствие нестационарных периодических вихревых структур является положительным свойством исследуемой топки.?На основе разработанной математической модели процессов аэродинамики, горения пылеугольного топлива, тепломассообмена, образования экологически вредных выбросов NOx и шлакования поверхностей нагрева выполнены комплексные расчетные исследования теплотехнических и экологических показателей четырёхвихревой топки. Показано, что в топочном устройстве реализуется стабильное воспламенение и горение бурых углей Назаровского, Окино-ключевского и Хобольджинского месторождений в широком диапазоне тонины помола угля и номинальной мощности котельного агрегата (от 60 до 100%). Горение характеризуется низким уровнем химического и механического недожега топлива. При этом при различных режимах отключения блоков горелок в топочной камере формируется устойчивая четырехвихревая структура потока и допустимые уровни неравномерности температуры и тепловых потоков. Аэродинамическая схема топки реализует практически бесшлаковочный режим работы, что обусловлено отсутствием прямого наброса пылеугольных факелов на стенки и низким уровнем турбулентных пульсаций и температур потока вблизи поверхностей нагрева. Уровень NOx на выходе из топочной камеры для всех рассмотренных режимов работы соответствует требованиям, предъявляемым к котлам с твердым шлакоудалением. ?В процессе выполнения исследований предложен и обоснован комплексный расчетно-экспериментальный подход для обоснования путей повышения энергоэффективности и снижения выбросов оксидов азота перспективных топочных устройств с вихревой технологией сжигания пылеугольного топлива.?Подготовлены научные публикации в форме докладов на всероссийских и международных конференциях, и в высокорейтинговых журналах мирового уровня, в том числе входящих в базу Web of Science и Scopus.?