Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Уравнения вида (4.259) решены методом конечных разностей. Вид конечноразностного аналога зависит от значения локального сеточного числа Пекле. При |Ре| < 2 применяется центрально-разностная схема для всех слагаемых, при |Ре| > 2 для аппроксимации конвективных слагаемых применяется схема “против потока”, а градиентным переносом пренебрегают. В численном расчете используются три сетки: для аксиальной скорости (хи, г), для радиальной скорости (х, г), для остальных переменных — сетка (х, г). При построении сеток задаются наборы координат узлов хи и rv, а координаты хи г рассчитываются по формулам:
p=(p(C)9(C)JC,
(4.259).
41) = * О); x(j) = 0,5 (xjj- 1) + xu(j));j = 2,..., M- 1;
271
х{М)=хи(М-\)-КО = rv( 1); КО = 0,5 (rji - 1) + rv(0); i = % i;
r(N) = rv(N- 1),
где M — число узлов по оси х\ N— число узлов по оси г.
Каждой границе сопла, т.е. каждому разрыву в граничных условиях, соответствует координата rv. Линии rv сгущены вблизи оси, а линии хи — вблизи сопла, и расстояния между координатами хи с удалением от сопла растут в геометрической прогрессии со знаменателем от 1,001 до 1,01. Таким образом, шаг сетки меньше в областях с большим градиентом скорости, чем в областях с малым градиентом.
Для определения поля давления используется метод SIMPLE. Его сущность состоит в определении на каждой итерации поправки поля давления из уравнения неразрывности, в которое вместо скорости подставлено ее выражение через поправку давления.
При решении конечно-разностного аналога уравнения (4.259) относительно какой-либо переменной коэффициенты, зависящие от других переменных, предполагаются постоянными, что вызывает необходимость многократных итераций всей системы.
Для решения каждого из уравнений используется метод Гаусса-Зейделя, поскольку при неточных значениях “замороженных” коэффициентов получать точное решение на каждой итерации нерационально. Коэффициент нижней релаксации составляет от 0,5 до 0,75.
Сходимость считается достигнутой, если максимальная по поперечным сечениям погрешность потока массы не превышает 1 %. Расчеты проведены на сетке 20x80, характеристика скорости расчета на ЭВМ ЕС-1061 1,7-10 3 с на 1 узел сетки на 1 итерацию, необходимое для сходимости количество итераций составило от 500 до 1000.
Более исследован факел, организованный так же, как в ВП: горючий газ поступает через центральное сопло, воздух — по кольцевому облекающему каналу, камера сгорания — цилиндрическая. Было проведено сравнение результатов расчетов с экспериментами по конфигурации факела и распределению плотности потока импульса, показавшее удовлетворительное совпадение.
Были проведены расчеты факела однопроводной горелки во вращающейся печи при следующих параметрах: радиус сопла 25 мм, радиус рабочего пространства 1500 мм, стехиометрическое число 17,2 кг/кг, температура газа 300 К, скорость истечения газа 400 м/с, температура воздуха 500 К, весь воздух поступает в печь из холодильника (так называемый вторичный воздух). Коэффициент расхода воздуха а варьировался от 1,01 до 1,2. При а = 1,01 вследствие недостатка воздуха факел не замкнут на ось на расстоянии 20 м от обреза со-
272
пла, при а = 1,1 длина факела составляет 17 м (340d0), при а = 1,2 она равна 12,5 м (25(Ц). На первых 10 м графики выгорания не различаются, т.е. расход воздуха существенно влияет на конфигурацию факела лишь в его хвостовой части. Внешняя граница фронта горения достигает 0,6i?n.
При нехватке вторичного воздуха в печь подают дополнительно первичный воздух или кислород по кольцевому каналу, облекающему канал подачи горючего газа.
Вопрос о влиянии отношения плотностей потока импульса окислителя и горючего / п на длину факела не решен однозначно. Установлено, что длина факела увеличивается при уменьшении / п от 2,2 до 0,4, а максимальная длина факела достигается при / п, близком к 1. Были проведены расчеты факела при различных скоростях воздуха для коксодоменного (Q = 1,69 кг/кг) и природного газов. Расход коксодоменного газа выбирался из условия одинаковой тепловой мощности печи для обоих видов топлива. Половина всего воздуха подается принудительно по кольцевому каналу, так что /п = 0,39. На рис. 4.114 приведены графики восстановленной концентрации и выгорания топлива z вдоль оси печи для данного случая и для 100%-ного вторичного воздуха (I *
юД
Суммарный коэффициент расхода воздуха одинаков для обоих случаев. Длина факела природного газа при 50%-ной принудительной подаче воздуха 7,5 м (150d0). На расстоянии от среза сопла, меньшем 2,7 м (54d0), восстановленная концентрация на оси больше для 50%-ной принудительной подачи воздуха, при большем расстоянии — наоборот.
Длина факела коксодоменного газа составляет 30d0 для принудительной и 40d0 для свободной подачи воздуха. Значение восстановленной концентрации на оси больше для свободной подачи воздуха на любом расстоянии от среза сопла. Длина потенциального ядра факела составила 2,4d0 для принудительной подачи и 8,2d0 для свободной подачи. Этот результат противоположен данным об увеличении длины потенциального ядра изотермической струи при росте I от 0 до 1, что можно объяснить существенным влиянием неизотер-мичности на эффективную вязкость. Качественный анализ консервативных величин выявляет два фактора, противоположно влияющих на длину факела при увеличении / п.
