Preview

Надежность и безопасность энергетики

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Численное моделирование процессов нагрева, испарения и горения эмульгированного топлива

https://doi.org/10.24223/1999-5555-2024-17-4-289-298

Аннотация

Рассмотрен вопрос применения смешения мазута с водой, т. е. эмульгоравание. Эмульгированное топливо типа «вода мазут» является перспективным альтернативным топливом, вызывая вскипание воды при высокой температуре, что может улучшить распыление топливного спрея. Процесс нагрева и испарения капли эмульгированного топлива зависит от диффузии и коалесценции мельчайших частиц воды в мазуте, которые происходят во время нагревания. Представлена модель, которая позволяет учесть процесс диффузии воды в каплях эмульгированных топлив, а также физические свойства всей среды. Модель учитывает эти важные физические явления и предлагает эффективный способ расчёта соотношения компонентов эмульсии. Она предназначена для описания нагрева и испарения капель эмульгированного топлива, такого как «вода-мазут». Процесс коалесценции воды упрощается тем, что диспергированные капли воды мгновенно объединяются в одну единственную водную субкаплю в центре капли мазута. В процессе расчёта учитываются доли содержания каждого компонента, помимо горения углеродной части мазута необходимо принять во внимание тепловыделение водяных паров, выделение водорода, диссоциацию воды и тепловой эффект от горения водорода. Эти процессы происходят в тех же соотношениях, что и в водомазутной эмульсии. Для решения поставленных задач выбран модуль ANSYS CFX, который позволяет моделировать химические реакции и процессы горения, связанные с течением жидкости. Это даст возможность детально изучить происходящие явления и определить оптимальные параметры водомазутной эмульсии, что позволит повысить эффективность работы. На основе предложенной модели проанализирован процесс горения в топочном объеме от содержания воды в эмульгированном топливе.

Об авторах

П. А. Батраков
ФГБОУ ВО «Нижневартовский государственный университет»
Россия

ул. Ленина, 56, 628605, г. Нижневартовск 



Е. А. Рыжникова
ФГБОУ ВО «Нижневартовский государственный университет»
Россия

ул. Ленина, 56, 628605, г. Нижневартовск 



А. А. Батракова
ФГБОУ ВО «Нижневартовский государственный университет»
Россия

ул. Ленина, 56, 628605, г. Нижневартовск 



Список литературы

1. Shen S. et al. Mechanism of micro-explosion of water-in-oil emulsified fuel droplet and its effect on soot generation // Energy 2020, 191: 116488.

2. Zmpitas J., Gross J. Modified Stokes–Einstein equation for molecular self-diffusion based on entropy scaling // Industrial & Engineering Chemistry Research 2021, 60, 11: 4453 – 4459.

3. Zhao H., Zhao H. Testing the Stokes-Einstein relation with the hard-sphere fluid model // Physical Review E 2021, 103, 3: L030103.

4. Liu Z. et al. Simulation of the evaporation/boiling transition for the vaporization of a bi-component droplet under wide-temperature environments // International Journal of Heat and Mass Transfer 2022, 193: 122968.

5. Wang Z. et al. Progress in experimental investigations on evaporation characteristics of a fuel droplet // Fuel Processing Technology 2022, 231: 107243.

6. Atkins P., De Paula J., Keeler J. Atkins' physical chemistry. Oxford University Press 2018.

7. Narasu P., Boschmann S., Pöschko P., Zhao F., & Gutheil E. Modeling and simulation of single ethanol/water droplet evaporation in dry and humid air // Combustion Science and Technology 2020, 192(7): 1233 – 1252.

8. Čmelíková T. et al. Mass transfer under distillation of positive, neutral, and negative system in the ID 0.3 m column packed with structured packing // Chemical Engineering Research and Design 2023, 196: 52 – 60.

9. Fostiropoulos S. et al. A simple model for breakup time prediction of water-heavy fuel oil emulsion droplets // International Journal of Heat and Mass Transfer 2021, 164: 120581.

10. Wang Z. et al. Progress in experimental investigations on evaporation characteristics of a fuel droplet // Fuel Processing Technology 2022, 231: 107243.

11. Shen S. et al. The impact of internal circulation on water coalescence within water-in-oil emulsion fuel before micro-explosion // Fuel 2024, 368: 131646.

12. Mutto A. et al. Understanding butanol recovery and coupling effects in pervaporation of Acetone-Butanol-Ethanol (ABE) solutions: A modelling and experimental study // Journal of Membrane Science 2022, 658: 120711.

13. Wang Z. et al. Wetting and evaporation of multicomponent droplets // Physics Reports 2022, 960: 1 – 37.

14. Зимарев А. А., Нечаев А. К. Моделирование процесса горения топлива в котельных установках // Инновации. Наука. Образование 2021, 34: 1446 – 1449.

15. Сайрамхан М., Абжанова Л. Особенность построения математических моделей теплоэнергетического комплекса // Вестник КазАТК 2022, 121, 2: 530 – 537.

16. Ведрученко В. Р., Крайнов В. В., Гаак В. К. Топливо и основы теории горения: монография // М., Вологда: Инфра-Инженерия 2024: 220.


Рецензия

Для цитирования:


Батраков П.А., Рыжникова Е.А., Батракова А.А. Численное моделирование процессов нагрева, испарения и горения эмульгированного топлива. Надежность и безопасность энергетики. 2024;17(4):289-298. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2024-17-4-289-298

For citation:


Batrakov P.A., Ryzhnikova E.A., Batrakova A.A. Numerical modeling of the processes of heating, evaporation and combustion of emulsified fuel. Safety and Reliability of Power Industry. 2024;17(4):289-298. (In Russ.) https://doi.org/10.24223/1999-5555-2024-17-4-289-298

Просмотров: 137


ISSN 1999-5555 (Print)
ISSN 2542-2057 (Online)