Содержание к диссертации
Условные обозначения 4
Введение 5
Глава I. Методы расчета турбулентных течений равновесно
реагирующей газовой смеси 8
1.1 Модель однофазного течения жидкости 8
1Л.1 Уравнения трехмерного движения жидкости в 8
декартовой системе координат
1.2 Методы решения уравнений гидродинамики 14
Метод конечных элементов 15
Метод граничных элементов 16
Метод контрольного объема 18
Выбор метода расчета уравнений 22 гидродинамики
1.3 Горение и расчет состава 24
1.3.1 Общие характеристики процессов горения 24
1.3.1.1 Турбулентное горение в предварительно
перемешанной смеси 26
1.3.1.2 Диффузионное горение газа 31
Термодинамический расчет горения 38
Методы расчета равновесного состава 40
Принятый метод расчета равновесного состава 44
Физические свойства газовой среды 50
1.4 Задачи для исследования 53
1.5. Тестовые расчеты равновесного состава 54
Глава II. Применение криволинейных расчетных сеток для численного решения задач течения жидкости в каналах
сложной геометрической формы 59
2.1. Методы построения расчетных сеток 59
2.2 Принятый метод построения расчетных сеток 65
Преимущества единой сетки 69
Сетки и структура СЛАУ 71
Метод переменных направлений 73
2.3 Метод расчета уравнений гидродинамики в
криволинейной системе координат 74
Уравнения трехмерного движения несжимаемой жидкости в криволинейной системе координат 74
Уравнения для поправки давления 77
Методы решения уравнений для поправки к давлению 78
Метод сопряженных градиентов с улучшением обусловленности матрицы 79
Сеточные числа Рейнольдса 80
Разностные схемы 80
Схемы второго порядка аппроксимации 81
Расчетная сетка 86
Разностные уравнения 88
2.3.10 Граничные условия 90
2.3.10,1 Пристеночные функции 92
2.4 Тестовые расчеты 93
Плоские ламинарные течения 93
Течение в каверне с подвижной стенкой 95 Глава III. Расчет гидродинамических характеристик и равновесного состава при горении природного газа в топках паровых котлов 101
Течение в канале прямоугольной формы 105
Течение в топке котла с односторонней подачей газа 11.0
3.3 Расчет равновесного состава при сгорании
природного газа в топке котла 116
3.4 Выводы по расчетам, приведенным в третьей главе 119
Глава IV. Расчет течения равновесно реагирующих
продуктов сгорания в пиролизных установках 120
Распределение давления в радиантной камере 135
Выводы по результатам расчета в радиантной камере 153 Основные результаты и выводы 154 Библиографический список 156
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
x,y,z - декартовы координаты;
t - время;
u,,v,w - проекции вектора скорости на оси x,y,z соответственно;
р~ давление;
ц ~ коэффициент эффективной вязкости;
р - плотность жидкости;
gi - массовая доля і-того атома в условной формуле топлива;
Рг - число Прандтля;
Ргт - турбулентное число Прандтля;
h-энтальпия;
Ya - массовая доля компонента а;
Т - температура;
к - кинетическая энергия турбулентности;
в - скорость диссипации;
G -генерация турбулентности за счет сдвиговых напряжений;
д1КМ- молекулярная вязкость;
fiT - турбулентная вязкость;
М - молекулярная масса смеси;
ajj - количество атомов і-го вида в j -той молекуле;
Kj - константа равновесия реакции диссоциации j-той молекулы;
Мк - молекулярная масса k-того компонента;
m - число различных атомов в условной формуле топлива;
L - количество молекулярных веществ;
Rfl - универсальная газовая постоянная;
Р - давление;
М - молярная масса условной формулы топлива;
М, -молярная масса і-того элемента;
bjT - число атомов і-го вида в условной формуле топлива; а - коэффициент избытка воздуха; С, =0.09, С,, =1.30, Cd=1.92, С,, =1.30, <гА=1.0, ст, =1.3, Ргг = 0.7, ScT - 0.7 - константы модели турбулентности.
Введение к работе
Одним из основных процессов в нефтехимической промышленности является пиролиз, уровень развития которого во многом определяет возможности всей отрасли. Печь пиролиза является крупногабаритной установкой, например радиантная камера печи пиролиза «Этилен-200» имеет ширину 2,5 м, длину 10,5 м и высоту 12,5м, поэтому физическое моделирование процесса горения и течения в радиантной камере пиролизной установки затруднено, следовательно, актуальной становится задача математического моделирования этого процесса. Появление новых вычислительных комплексов и программного обеспечения позволяет моделировать сложные физические процессы и их взаимосвязь. Так же важным фактором является относительно низкая себестоимость вычислительного эксперимента. Современные программные и аппаратные средства визуализации расчетов позволяют получать панораму протекающего процесса, что чрезвычайно важно для конструктора и технолога. Для проектирования и эксплуатации пиролизных установок необходимо моделирование горения, расчет состава продуктов сгорания и параметров течения газовой смеси в радиантной камере. Содержание в продуктах сгорания паров воды и углекислого газа определяет лучистый теплообмен, который является основным в пиролизных установках, так же важно знать содержание в продуктах сгорания окисей углерода и азота (СО и NO2) на выброс которых установлены экологические нормы. Целью данной работы является:
1. Разработка математической модели, для расчета турбулентного течения равновесно реагирующей газовой смеси на основе уравнений Навье - Стокса осредненных по Фавру, замкнутых к-є моделью турбулентности.
На основе метода контрольного объема разработка программного комплекса для расчета течения и равновесного состава газообразного топлива в канале сложной геометрической формы.
Расчет гидродинамических характеристик и равновесного состава продуктов сгорания в радиантной камере пиролизной установки. Научная новизна.
Создана математическая модель трехмерного течения равновесно реагирующей газовой смеси на основании двухпараметрической к-є модели турбулентности и осредненных по Фавру уравнений Навье -Стокса.
Разработан алгоритм решения поставленной задачи.
Впервые решена задача о трехмерном течении равновесно реагирующей газовой смеси.
На защиту выносятся
Математическая модель и методика расчета равновесно реагирующего газового потока.
Результаты расчетов течения равновесно реагирующего газа в радиантной камере пиролизной установки.
Практическая ценность. Создано программное обеспечение для расчета течения равновесно реагирующей газовой смеси. Методики разработанные и апробированные в ходе выполнения работы могут быть полезны для других исследователей, работающих в области моделирования процессов нефтехимической промышленности и вычислительной гидродинамики. Личное участие. Все основные результаты работы получены лично автором под научным руководством доцента Хасанова Р.Х. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях, республиканская научно-практическая конференция «Интеллектуальные системы и информационные технологии», международные конференции «Математические методы в технике и
технологиях», а так же на ежегодных отчетных научно-технических
конференциях КГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 166 страницах и
состоит из введения, четырех глав основного текста, выводов, списка
литературы из 102 наименований и содержит 59 рисунков,
