Математическое моделирование и аэродинамическое исследование турбулентного течения запыленного потока в золоуловителях

• Автор: Аль-Замили Али Мирали Джасим
• Шифр специальности: 05.13.18, 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературы, состояние проблемы и выбор направления
исследования
1.1. Эффективность золоуловителя
1.2. Подходы для математического описания многофазного потока
1.3. Выбор модели турбулентности
1.4. Перепад давления
1.5. Вывод
Глава 2. Математическая модель процесса
2.1. Уравнения течения газа
2.2. Уравнения Навье-Стокса, осредненные по Рейнольдсу
2.3. Описание и выбор моделей турбулентности
2.3.1. Стандартная к-в модель турбулентности для больших чисел Рейнольдса
2.3.2. НПО к - в модель турбулентности
2.3.3. Оценка моделей турбулентности и выводы
2.4 Движение частиц в турбулентном потоке и подход Лагранжа
2.5. Эффективность улавливания и гидравлическое сопротивление золоуловителя
Глава 3. Экспериментальные установки и численное моделирование
3.1. Описание экспериментальной установки
3.1.1. Центробежный золоуловитель (ЦЗУ)
3.1.2. Лабиринтный золоуловитель (ЛЗУ)
3.2. Численное моделирование (метод конечного объема)
3.2.1. Дискретизация конвективного члена
3.2.2. Дискретизация диффузионного члена

3.2.3. Дискретизация источникового члена
3.2.4. Дискретизация временного члена
3.2.5. Методы интерполяции
3.2.6. Окончательные FV уравнения
3.2.7. Алгоритмы решения
3.3. Программные пакеты вычислительной гидрогазодинамики
3.3.1. Основные положения при работе с пакетом STAR-CD
3.3.2. Создание сетки в пакете STAR-CD
Глава 4. Результаты исследования и их обсуждение
4.1. Экспериментальное исследование
4.1.1. Аэродинамика потока в ЦЗУ
4.1.2. Аэродинамика потока в ЛЗУ
4.2. Тестирование результатов численного моделирования
4.2.1. Проверка математической модели и численного алгоритма сравнением с экспериментальными результатами
4.2.2. Проверка моделей турбулентности
4.3. Построение расчетных сеток
4.4. Численное исследование запыленного потока в ЦЗУ
4.5. Численное исследование запыленного потока в ЛЗУ
4.6. Эрозия в ЦЗУ и ЛЗУ
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность рассматриваемой проблемы. С ухудшением экологической ситуации в мире - по данным ООН ежегодно в атмосферу выбрасывается около 2.5 млн. т пыли - проблема загрязнения атмосферного воздуха от техногенных промышленных выбросов стала важным критерием при выборе различных вариантов технологических процессов и соответствующего оборудования [17].
В связи с возрастающими энергетическими потребностями и высокой степенью зависимости производства энергии от ископаемого топлива - по прогнозам министерства природных ресурсов РФ с 2030 г. первенство в топливно-энергетическом балансе в России займут уголь и атомная энергетика - несомненна актуальность конструктивного и технологического совершенствования пылеочистного и золоочистного оборудования [120].
Развитие теплоэнергетики в России за последние годы претерпело ряд существенных изменений. Стремление России в мировое экономическое сообщество выдвинуло в качестве одной из важнейших проблем отечественной теплоэнергетики улучшение экологических показателей теплогенерирующих установок [44].
Одной из важных проблем борьбы с загрязнением окружающей среды являются контроль над выбросами твердых примесей (зола, дым и несгоревшие мельчайшие частицы топлива (унос)) в атмосферу. Поэтому дымовые газы перед выбросом их в атмосферу необходимо очищать от золы и уноса в специальных устройствах - золоуловителях, которыми оборудуются почти все современные котельные, работающие на твердом топливе.
Горение угля при такой технологии характеризуется высокими температурами. При этом возникают проблемы с образованием окислов азота, а технологии их подавления достаточно дороги [32].

теплоемкостей для воздуха; Т - температура; К

теплопроводность;
Рг - число Прандтля.
В настоящей работе используется большой объём табличных значений зависимости от температуры таких свойств газа, как плотность, вязкость и теплопроводность [126].
Для замыкания системы уравнений динамики газа, плотность может быть рассчитана с помощью уравнение состояния идеального газа - р = p/(RT), где R = (R / М) - универсальная газовая постоянная, (Ro =8314 Дж/кмоль/К). Зависимость вязкости газа при ламинарном течении от температуры задается
X 273 15 t" С
формулой Сазерленда [43]: р=(— , Д1,5——-ц0, а зависимость коэффици-

Т + С,
ент теплопроводности от температуры принимается в виде К=К0(1 + [3(Т-Т0)). Здесь р0 - динамическая вязкость и Ко - коэффициент теплопроводности при 273.15 К и 101325 Па; С8 - константа Сазерленда; (1 - коэффициент расширения. Уравнения (2.1)—(2.3) можно записать в безразмерном виде [16]:

0Q* SF* 6Fy _2S_ + __i +—L +
St* 0х* Sy* Sz*

(2.4)

>1« p * * ~1 P u * * pv
* * pu * *2 * pu +P -txx * * * * P V U
* He pv F* = Jrx * * * * p U V -Xxy vk и * *2 * * P V +P “Xyy
* * p w * * * * p u w -xxz * * * * p V W
ж * * * * * * * * * * pEu +p u -u Txx-v Txy-w xxz+qx_ ♦y-'* * * * * ♦ * * * * * pbv +pv -u Хху-v Xyy-w xyz+qy
* * p w s*
* * * * p w u -Txz
* * * * p W V -xyz ,** = s;
* * * p w +p -Tzz s:
*_,* * * * ** * * * * * p E w +p w -u Txz-V Tyz-W Tzz+qz .SE.