Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения
Полуэмпирическая зависимость для определения скорости распространения пламени — нормальной un (ламинарной) скорости горения — опробована применительно к сжиганию смесей с воздухом-окислителем некоторых горючих газов. Расчеты построены на использовании двухпараметрической зависимости un от теоретичес...
Saved in:
| Published in: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут газу НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126865 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения / Б.С. Сорока, П.А. Брадулов // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 4. — С. 3-10. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860070229058519040 |
|---|---|
| author | Сорока, Б.С. Брадулов, П.А. |
| author_facet | Сорока, Б.С. Брадулов, П.А. |
| citation_txt | Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения / Б.С. Сорока, П.А. Брадулов // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 4. — С. 3-10. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description | Полуэмпирическая зависимость для определения скорости распространения пламени — нормальной un (ламинарной) скорости горения — опробована применительно к сжиганию смесей с воздухом-окислителем некоторых горючих газов. Расчеты построены на использовании двухпараметрической зависимости un от теоретической температуры горения ТТ горючей смеси и переменной смешения (Mixture Fraction — MF). Доказана приемлемость расчетной зависимости и оценены погрешности определения un для случая горения сильно забалластированных низкокалорийных газов, углеводородов, в том числе разбавленных азотом, а также для природных газов различных европейских месторождений.
Напівемпіричну залежність для визначення швидкості розповсюдження полум’я — нормальної un (ламінарної) швидкості горіння — випробувано стосовно до спалення сумішей із повітрям-окислювачем деяких горючих газів. Розрахунки побудовано на використанні двопараметричної залежності un від теоретичної температури горіння ТТ горючої суміші та перемінної змішування (Mixture Fraction — MF). Доведено прийнятність розрахункової залежності та оцінено похибки визначення un для випадку горіння сильно забаластованих низькокалорійних газів, вуглеводнів, у тому числі розбавлених азотом, а також для природних газів різних європейських родовищ.
Semi-empirical dependence on definition of flame propagation velocity — normal un (laminar SL) burning velocity has been tested in respect of burning of some combustibles with the air-oxidant. The mentioned equation has been proposed earlier, in the 1st part of our present work [1]. The calculations are basing upon using of two-parametric dependence of un on theoretical combustion temperature ÒÒ of the burning mixture and on Mixture Fraction (MF) value. The acceptability of the proposed approach of un computations has been proven for some cases of burning the following combustibles with an air-oxidant: of highly ballasted low-calorific (LCV) gases, of hydrocarbons including those been diluted with nitrogen, as well as for natural gases of various European gas deposits.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:10:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
 ðàáîòå [1] ðàçâèòà ìåòîäîëîãèÿ îïðåäåëå-
íèÿ íîðìàëüíîé (ëàìèíàðíîé) ñêîðîñòè ðàñ-
ïðîñòðàíåíèÿ ïëàìåíè un ãàçîâûõ ãîðþ÷èõ ñìå-
ñåé ðàçëè÷íîãî ñîñòàâà, ïîñòðîåííàÿ íà èñïîëü-
çîâàíèè ïîëóýìïèðè÷åñêîé çàâèñèìîñòè [2].
Ðåàëèçàöèÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî ïîäõîäà ïîòðåáî-
âàëà ðàçðàáîòêè äîñòóïíûõ ìåòîäèê ðàñ÷åòà îñ-
íîâíûõ ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ, îïðå-
äåëÿþùèõ ñêîðîñòü ãîðåíèÿ: òåîðåòè÷åñêîé òåì-
ïåðàòóðû ãîðåíèÿ ÒÒ è ïåðåìåííîé ñìåøåíèÿ
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 4 3
Òîïëèâî è ýíåðãåòèêà
ÓÄÊ 665.612:662.611.001.24
Îïðåäåëåíèå îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê ãîðåíèÿ ãàçîâûõ
ñìåñåé. 2. Ðàñ÷åò ñêîðîñòè ãîðåíèÿ ãàçîâûõ ñìåñåé ñ
èñïîëüçîâàíèåì äâóõïàðàìåòðè÷åñêîãî îáîáùåíèÿ
Ñîðîêà Á.Ñ., Áðàäóëîâ Ï.À.
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
Ïîëóýìïèðè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïëàìåíè
— íîðìàëüíîé un (ëàìèíàðíîé) ñêîðîñòè ãîðåíèÿ — îïðîáîâàíà ïðèìåíèòåëüíî ê
ñæèãàíèþ ñìåñåé ñ âîçäóõîì-îêèñëèòåëåì íåêîòîðûõ ãîðþ÷èõ ãàçîâ. Ðàñ÷åòû ïîñòðîå-
íû íà èñïîëüçîâàíèè äâóõïàðàìåòðè÷åñêîé çàâèñèìîñòè un îò òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðà-
òóðû ãîðåíèÿ ÒÒ ãîðþ÷åé ñìåñè è ïåðåìåííîé ñìåøåíèÿ (Mixture Fraction — MF).
Äîêàçàíà ïðèåìëåìîñòü ðàñ÷åòíîé çàâèñèìîñòè è îöåíåíû ïîãðåøíîñòè îïðåäåëåíèÿ
un äëÿ ñëó÷àÿ ãîðåíèÿ ñèëüíî çàáàëëàñòèðîâàííûõ íèçêîêàëîðèéíûõ ãàçîâ, óãëåâîäî-
ðîäîâ, â òîì ÷èñëå ðàçáàâëåííûõ àçîòîì, à òàêæå äëÿ ïðèðîäíûõ ãàçîâ ðàçëè÷íûõ åâ-
ðîïåéñêèõ ìåñòîðîæäåíèé.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ëàìèíàðíîå ãîðåíèå, íèçêîêàëîðèéíûå ãàçû, íîðìàëüíàÿ ñêîðîñòü
ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïëàìåíè, ïåðåìåííàÿ ñìåøåíèÿ (Mixture Fraction), ïðèðîäíûé ãàç,
òåîðåòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà ãîðåíèÿ, ôðîíò ïëàìåíè.
Íàï³âåìï³ðè÷íó çàëåæí³ñòü äëÿ âèçíà÷åííÿ øâèäêîñò³ ðîçïîâñþäæåííÿ ïîëóì’ÿ —
íîðìàëüíî¿ un (ëàì³íàðíî¿) øâèäêîñò³ ãîð³ííÿ — âèïðîáóâàíî ñòîñîâíî äî ñïàëåííÿ
ñóì³øåé ³ç ïîâ³òðÿì-îêèñëþâà÷åì äåÿêèõ ãîðþ÷èõ ãàç³â. Ðîçðàõóíêè ïîáóäîâàíî íà
âèêîðèñòàíí³ äâîïàðàìåòðè÷íî¿ çàëåæíîñò³ un â³ä òåîðåòè÷íî¿ òåìïåðàòóðè ãîð³ííÿ ÒÒ
ãîðþ÷î¿ ñóì³ø³ òà ïåðåì³ííî¿ çì³øóâàííÿ (Mixture Fraction — MF). Äîâåäåíî
ïðèéíÿòí³ñòü ðîçðàõóíêîâî¿ çàëåæíîñò³ òà îö³íåíî ïîõèáêè âèçíà÷åííÿ un äëÿ âèïàäêó
ãîð³ííÿ ñèëüíî çàáàëàñòîâàíèõ íèçüêîêàëîð³éíèõ ãàç³â, âóãëåâîäí³â, ó òîìó ÷èñë³
ðîçáàâëåíèõ àçîòîì, à òàêîæ äëÿ ïðèðîäíèõ ãàç³â ð³çíèõ ºâðîïåéñüêèõ ðîäîâèù.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ëàì³íàðíå ãîð³ííÿ, íèçüêîêàëîð³éí³ ãàçè, íîðìàëüíà øâèäê³ñòü
ðîçïîâñþäæåííÿ ïîëóì’ÿ, ïåðåì³ííà çì³øóâàííÿ (Mixture Fraction) MF, ïðèðîäíèé
ãàç, òåîðåòè÷íà òåìïåðàòóðà ãîð³ííÿ, ôðîíò ïîëóì’ÿ.
� Ñîðîêà Á.Ñ., Áðàäóëîâ Ï.À., 2010
(Mixture Fraction — MF) [2]. Äàëåå ïðåäëî-
æåííûé ïîäõîä áóäåì èìåíîâàòü äâóõïàðàìåò-
ðè÷åñêèì MF-îáîáùåíèåì.
Çàäà÷åé íàñòîÿùåãî èññëåäîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ
îïðåäåëåíèå êðóãà (íàáîðà) òîïëèâíûõ è òîï-
ëèâî-îêèñëèòåëüíûõ ñìåñåé, äëÿ êîòîðûõ ñïðà-
âåäëèâà ðàñ÷åòíàÿ çàâèñèìîñòü [2], ó÷èòûâàÿ
íàëè÷èå â íåé ýìïèðè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé. Â
óêàçàííîé ðàáîòå îáîáùàëèñü äàííûå ïî ñêîðî-
ñòè ãîðåíèÿ íèçêîêàëîðèéíûõ ãàçîâûõ ñìåñåé.
Ïîýòîìó ëîãè÷íî ïðåæäå âñåãî ñîïîñòàâèòü ðå-
çóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïî íàøåé ìåòîäèêå, áàçèðóþ-
ùåéñÿ íà çàâèñèìîñòè [2] è ðåàëèçóåìîé ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì ïðåäëîæåííûõ íàìè ïîäõîäîâ è
êîìïüþòåðíûõ ïðîãðàìì ðàñ÷åòà ÒÒ è MF [1],
ñ ýêñïåðèìåíòàìè àâòîðîâ [2]. Äàëåå ïîïûòàåì-
ñÿ îöåíèòü âîçìîæíîñòü ðàñøèðåíèÿ ñîñòàâîâ
ãàçîâûõ ñìåñåé, äëÿ êîòîðûõ çàâèñèìîñòü [2]
ïðèãîäíà, íà óãëåâîäîðîäû ÷èñòûå è ñ ÷àñòè÷-
íîé ïðèìåñüþ äðóãèõ ãîðþ÷èõ è èíåðòíûõ ñî-
ñòàâëÿþùèõ. Çíà÷èòåëüíûé ïðàêòè÷åñêèé èíòå-
ðåñ ñâÿçàí ñ îïðîáîâàíèåì ïðåäëîæåííîé ìåòî-
äèêè äëÿ ðàçëè÷íûõ àëüòåðíàòèâíûõ òîïëèâ
(ïîìèìî èñïîëüçîâàííûõ ïðè ïîëó÷åíèè îáîá-
ùåíèÿ ïî un).
1. Îöåíêà ðàñ÷åòíîãî ìåòîäà îïðåäåëåíèÿ un
ïðè ñæèãàíèè òåñòîâûõ çàáàëëàñòèðîâàííûõ
ñìåñåé
1.1. Áîëüøèíñòâî äàííûõ, èñïîëüçîâàííûõ
ïðè ïîëó÷åíèè äâóõïàðàìåòðè÷åñêîãî MF-îáîá-
ùåíèÿ [2], îòíîñèòñÿ ê ìíîãîêîìïîíåíòíûì çà-
áàëëàñòèðîâàííûì ãàçàì, òî åñòü ê òàêèì òîïëè-
âàì, äëÿ êîòîðûõ îïðåäåëåíèå un îñîáåííî îñ-
ëîæíåíî. Ïî ñîñòàâàì ãàçû, äëÿ êîòîðûõ îïðå-
äåëÿëàñü ñêîðîñòü ãîðåíèÿ, ÿâëÿþòñÿ ñìåñÿìè
CH4, CO è H2, ñèëüíî ðàçáàâëåííûìè N2 è
CO2. Èìåþòñÿ óêàçàíèÿ íà òî, ÷òî ñîäåðæàíèå
[N2] â òàêèõ ãàçàõ ñîîòâåòñòâóåò 45–55 % (îá.),
[CO2] — 10–20 % (îá.), îáùåå ñîäåðæàíèå èíåðò-
íûõ ãàçîâ â ñðåäíåì ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîíó
50–60 % (îá.), àäèàáàòíàÿ (òåîðåòè÷åñêàÿ) òåì-
ïåðàòóðà ãîðåíèÿ — îêîëî 1700 K [3].
Äàëåå èçëàãàþòñÿ ðåçóëüòàòû íàøèõ ðàñ÷å-
òîâ çíà÷åíèÿ un äëÿ ñæèãàíèÿ ðàçëè÷íûõ ãîðþ-
÷èõ ãàçîâ â ñìåñè ñ âîçäóõîì-îêèñëèòåëåì ïðè
ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ óñëîâèÿõ (êîýôôèöèåíò èç-
áûòêà âîçäóõà � = 1,0), à òàêæå äëÿ îáåäíåí-
íûõ ñìåñåé (� > 1,0). Õàðàêòåðèñòèêè íèçêîêà-
ëîðèéíûõ (Low Calorific Value — LCV) ãîðþ-
÷èõ ãàçîâ, êîòîðûå áûëè èñïîëüçîâàíû äëÿ èç-
ìåðåíèé un â ðàáîòå [2], ïðèâåäåíû â òàáë.1. Â
òàáë.2 äëÿ ïðîâåðêè áûëè èñïîëüçîâàíû ñìåñè
LCV ãàçîâ ñ ìåòàíîì: D1 — LCV ãàç; D2 —
75 % LCV ãàç + 25 % CH4 (D2); D3 — 50 %
LCV ãàç + 50 % CH4 (D3); D4 — 25 % LCV ãàç
+ 75 % CH4 (D4).
Ðàññìîòðèì âëèÿíèå çàìåùåíèÿ èíåðòíîé ñî-
ñòàâëÿþùåé (àçîòà) ãîðþ÷èì ãàçîì â LCV ãàçå
(ñìåñè). LCV ãàçû ÿâëÿþòñÿ ïðîäóêòàìè âîçäóø-
íîé êîíâåðñèè (ãàçèôèêàöèè) áèîìàññû; íà ýòî
óêàçûâàåò çíà÷èòåëüíîå ñîäåðæàíèå N2 â ãàçå è
íèçøàÿ òåïëîòà ñãîðàíèÿ Qí
p = 4–6 ÌÄæ/íì3
[3]. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ïàðà èëè Î2 ãàç êàê ïðî-
äóêò ãàçèôèêàöèè èìååò Qí
p = 9–13 ÌÄæ/íì3.
Ñõîäíóþ òåïëîòó ñãîðàíèÿ ìîæíî îáåñïå÷èòü ïðè
ñìåøåíèè ãåíåðàòîðíîãî LCV ãàçà ñ ïðèðîäíûì
ãàçîì, ñîñòîÿùèì â îñíîâíîì èç ÑÍ4.
Ïðåäëîæåííàÿ â ðàáîòå [2] çàâèñèìîñòü
äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñêîðîñòè ëàìèíàðíîãî ðàñïðî-
ñòðàíåíèÿ ïëàìåíè, ðåàëèçóåìàÿ ñ èñïîëüçîâà-
íèåì íàøåé ìåòîäèêè [1], äàåò õîðîøåå ñîâïà-
äåíèå ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè íîðâåæ-
ñêèõ àâòîðîâ [2], ïîëó÷åííûìè ïðè ÷àñòè÷íîì
çàìåùåíèè N2 ãîðþ÷èìè ãàçàìè: CH4, CO, H2.
Íà ðèñ.1 ïðåäñòàâëåíî ñðàâíåíèå ïîëó÷åí-
íûõ íàìè ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòà un ñ èñïîëüçîâà-
íèåì ïîëóýìïèðè÷åñêîãî îáîáùåíèÿ íà îñíîâå
òåîðèè «mixture fraction» (MF-îáîáùåíèå) ñ
4 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 4
Òàáëèöà 1. Õàðàêòåðèñòèêè LCV ãîðþ÷èõ ãàçîâ
äëÿ ðàñ÷åòà un â óñëîâèÿõ ñæèãàíèÿ LCV âîç-
äóøíûõ ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ ñìåñåé (� = 1,0) [2]
¹¹
ï/ï
CH4, %
(îá.)
CO, %
(îá.)
H2, %
(îá.)
N2/
CO2
LHV (Qí
p),
ÌÄæ/íì3
1 1 15 10 74 3,29
2 3 15 10 72 3,99
3 5 15 10 70 4,70
4 8 15 10 67 5,76
5 10 15 10 65 6,47
6 1 18 10 71 3,66
7 1 20 10 69 3,91
8 1 23 10 66 4,29
9 1 25 10 64 4,54
10 1 15 13 71 3,61
11 1 15 15 69 3,82
12 1 15 18 66 4,14
13 1 15 20 64 4,35
Òàáëèöà 2. Õàðàêòåðèñòèêè ñìåñåé LCV ãàçîâ ñ
CH4 (D1–D4) äëÿ ðàñ÷åòà un â óñëîâèÿõ ñæèãàíèÿ
LCV/CH4 âîçäóøíûõ ñìåñåé ïðè � = 1,0–1,3 [2]
Ñîñòàâ,
õàðàêòåðèñòèêà
D1 D2 D3 D4 CH4
CO, % (îá.) 16 12 8 4 –
H2, % (îá.) 10 7,5 5 2,50 –
CH4, % (îá.) 4 28 52 76 100
N2, % (îá.) 53 39,75 26,50 13,25 –
CO2, % (îá.) 17 12,75 8,50 4,25 –
Qíð, ÌÄæ/íì3 4,54 12,37 20,21 28,04 35,88
ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè èç ðàáîòû [2], à
òàêæå íàíåñåíû ðàñ÷åòíûå çàâèñèìîñòè, ïîëó-
÷åííûå ñ ïðèìåíåíèåì ïðîãðàììíîãî ïðîäóêòà
CHEMKIN â ñîîòâåòñòâèè ñ 8-ñòàäèéíûì «re-
duced» ìåõàíèçìîì Chang è Chen [3].
Âèäíî, ÷òî íàøè ðàñ÷åòû è îïûòíûå äàí-
íûå, êàñàþùèåñÿ ãîðåíèÿ õîëîäíûõ (çäåñü è äà-
ëåå â ðàìêàõ íàñòîÿùåé ðàáîòû Ò = 298 K) ñòå-
õèîìåòðè÷åñêèõ ñìåñåé (� = 1,0), êà÷åñòâåííî è
â äîñòàòî÷íîé ìåðå êîëè÷åñòâåííî ñîîòâåòñòâóþò
äðóã äðóãó, âåðíî îòðàæàÿ âëèÿíèå îñíîâíûõ
ïàðàìåòðîâ: êîíöåíòðàöèé ãîðþ÷èõ è èíåðòíûõ
êîìïîíåíò, ñîîòâåòñòâóþùèõ òåîðåòè÷åñêèõ òåì-
ïåðàòóð ãîðåíèÿ âîçäóøíûõ ñìåñåé òàêîãî òîï-
ëèâà â óñëîâèÿõ íóëåâîãî èçáûòêà îêèñëèòåëÿ.
Çíà÷åíèå íåâÿçîê íàøèõ ðàñ÷åòîâ è ýêñïå-
ðèìåíòàëüíûõ äàííûõ [2] ñîñòàâèëî: ïðè èçìå-
íåíèè äîëè [CH4] — (–7,65…+15,0) %; [CO]
— (–6,85…+10,5) %; [H2] — (–7,0…–20,9) %,
÷òî íå óñòóïàåò ðåçóëüòàòàì íîðâåæñêèõ àâòî-
ðîâ. Â ðàáîòå [2] îíè îãîâîðèëè, ÷òî ïðåäëî-
æåííàÿ èìè çàâèñèìîñòü (ïðè îòñóòñòâèè â ðà-
áîòå ìåòîäèêè åå ðåàëèçàöèè) îáåñïå÷èâàåò îò-
êëîíåíèå îò ýêñïåðèìåíòà â ïðåäåëàõ 20 %.
Òàêèì îáðàçîì, ýìïèðè÷åñêîå îáîáùåíèå,
âûïîëíåííîå àâòîðàìè [2] ñ ïîìîùüþ íå èç-
âåñòíûõ íàì ïðîöåäóð, ñ îäíîé ñòîðîíû, è
ïðåäëîæåííûé íàìè ñïîñîá (âêëþ÷àÿ îïðåäåëå-
íèå Zst ïî ïðåäñòàâëåíèÿì, èçëîæåííûì â [1],
è îïðåäåëåíèå ÒÒ ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììíîãî
ïðîäóêòà «FUEL»), ñ äðóãîé ñòîðîíû, äàþò
çíà÷åíèÿ un, íå ðàçëè÷àþùèåñÿ ìåæäó ñîáîé.
Ó÷èòûâàÿ, ÷òî ðàñ÷åòíàÿ çàâèñèìîñòü äëÿ
îïðåäåëåíèÿ un èñïîëüçóåò íå ñâÿçàííûå ñ êîí-
êðåòíûì ñîñòàâîì òîïëèâà ôèçèêî-õèìè÷åñêèå
ïàðàìåòðû, ÿâëÿþùèåñÿ óíèâåðñàëüíûìè õà-
ðàêòåðèñòèêàìè ïðè ãîðåíèè òîïëèâî-îêèñëè-
òåëüíûõ ñìåñåé, ñ÷èòàåì ïðåäëàãàåìûé ïîäõîä
ôèçè÷åñêè îáîñíîâàííûì äâóõïàðàìåòðè÷åñêèì
îáîáùåíèåì (ñì. âûøå). Â ýòîé ñâÿçè ìîæíî
ïðåäïîëîæèòü, ÷òî çàâèñèìîñòü [2] è ìåòîäèêà
[1] áóäóò ñëóæèòü íå ïðîñòî ïîëóýìïèðè÷åñêèì
îïèñàíèåì ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïëàìåíè
un äëÿ òåñòîâûõ (àïðîáèðîâàííûõ) ñìåñåé, à
îáåñïå÷àò äîñòàòî÷íî îáùèé ïîäõîä ê ðåøåíèþ
çàäà÷è ðàñ÷åòà un.
 öåëîì îïèñàííîå äâóõïàðàìåòðè÷åñêîå
îáîáùåíèå äàåò ðàñ÷åòíûå çíà÷åíèÿ un ïðè ãî-
ðåíèè ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ LCV ãàçî-âîçäóøíûõ
ñìåñåé, íå óñòóïàþùèå ïî òî÷íîñòè îïðåäåëå-
íèÿ ðàñ÷åòàì ïî ïðîãðàììå CHEMKIN II.
1.2. Â ðàáîòå [2] ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ýêñ-
ïåðèìåíòàëüíîãî îïðåäåëåíèÿ âëèÿíèÿ èçáûòêà
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 4 5
Ðèñ.1. Çàâèñèìîñòü íîðìàëüíîé (ëàìèíàðíîé) ñêîðîñòè ðàñ-
ïðîñòðàíåíèÿ ïëàìåíè un äëÿ ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ (� = 1,0)
ñìåñåé LCV ãàçîâ îò çàìåùåíèÿ N2 ãîðþ÷èìè ñîñòàâëÿþùèìè
ÑÍ4 (à), ÑÎ (á), Í2 (â): 1 — ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
èññëåäîâàíèé [2]; 2 — íàøè ðàñ÷åòû ïî äâóõïàðàìåòðè÷åñêî-
ìó îáîáùåíèþ; 3 — ðàñ÷åòíûå çàâèñèìîñòè (CHEMKIN–II
code). Èñõîäíûé ñîñòàâ òîïëèâà, % (îá.): a: [CO] = 15; [H2]
= 10; [N2] = 75 – [CH4]; á: [CH4] = 1; [H2] = 10; [N2] = 89 –
[CO]; â: [CO] = 15; [CH4] = 1; [N2] = 84 – [H2].
Ðèñ.2. Çàâèñèìîñòü un òîïëèâíûõ ñìåñåé D1 è D2 (à), D3 è
D4 (á) ñ îêèñëèòåëåì-âîçäóõîì îò �: 1 — ðåçóëüòàòû ýêñïå-
ðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé [2]; 2 — íàøè ðàñ÷åòû; 3 —
Premix code — ðàñ÷åò (CHEMKIN II — package). Ñìåñè D1
è D4 — ñïëîøíûå ëèíèè, D1 è D2 — ïóíêòèðíûå.
âîçäóõà â ñëó÷àå îáåäíåííûõ ñìåñåé íà ëàìè-
íàðíóþ ñêîðîñòü ãîðåíèÿ.  êà÷åñòâå òîïëèâà
ðàññìàòðèâàëñÿ LCV ãàç òàêîãî ñîñòàâà, % (îá.):
ÑÎ — 16, Í2 — 10, ÑÍ4 — 4, N2 — 53, CO2 —
17, è òåïëîòîé ñãîðàíèÿ Qí
p = 4,54 ÌÄæ/íì3
(îáîçíà÷åí D1), à òàêæå ñìåñè D2: 75 % LCV +
25 % ÑÍ4; D3: 50 % LCV + 50 % CH4; D4: 25 %
LCV + 75 % CH4 (ñì. òàáë.2).
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé è ðàñ÷åòîâ ïî ïðî-
ãðàììå CHEMKIN â ñîïîñòàâëåíèè ñ íàøèìè
âû÷èñëåíèÿìè ïî äâóõïàðàìåòðè÷åñêîìó îáîá-
ùåíèþ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ.2 â äèàïàçîíå
âàðüèðîâàíèÿ � {1,0; 1,3}.
Íåñìîòðÿ íà äîñòàòî÷íî óäîâëåòâîðèòåëü-
íîå â öåëîì ñîâïàäåíèå îïûòíûõ è ðàñ÷åòíûõ
çíà÷åíèé un, ïðèõîäèòñÿ êîíñòàòèðîâàòü áîëåå
óäà÷íîå îïèñàíèå çàâèñèìîñòåé un(�) ñ ïîìî-
ùüþ ïðîãðàììíîãî ïðîäóêòà CHEMKIN II ïî
ñðàâíåíèþ ñ äâóõïàðàìåòðè÷åñêèì îáîáùåíèåì.
Ðàñõîæäåíèÿ ðàñ÷åòíûõ çíà÷åíèé un ïî
óïîìÿíóòûì ìåòîäèêàì íàõîäÿòñÿ â ïðåäåëàõ
+(5,4…16,7) % è –(10,1…20,7) %. Ïðè îòäåëü-
íûõ çíà÷åíèÿõ � çíà÷åíèÿ un, ðàññ÷èòàííûå ïî
ñîïîñòàâëÿåìûì ìåòîäèêàì, ñîâïàäàþò. Îäíàêî
çàâèñèìîñòü un(�), íàéäåííàÿ íàìè ïî äâóõïàðà-
ìåòðè÷åñêîìó îáîáùåíèþ, äàåò áîëåå ðåçêîå,
÷åì â ýêñïåðèìåíòå, âëèÿíèå �.
2. Ðàñ÷åò ñêîðîñòè ãîðåíèÿ óãëåâîäîðîäîâ
è ïðèðîäíûõ ãàçîâ ðàçëè÷íûõ ìåñòîðîæäåíèé
 ðàáîòå [1] ïðîâåäåíî îïðîáîâàíèå äâóõ-
ïàðàìåòðè÷åñêîãî MF-îáîáùåíèÿ äëÿ ðàñ÷åòà
un íà ïðèìåðå øåñòè åâðîïåéñêèõ ïðèðîäíûõ
ãàçîâ. Ïîêàçàíà âûñîêàÿ òî÷íîñòü ðàñ÷åòà ñêî-
ðîñòè ãîðåíèÿ ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ (� = 1,0) õî-
ëîäíûõ âîçäóøíûõ ñìåñåé ïðèðîäíûõ ãàçîâ ñ
âûñîêèì ñîäåðæàíèåì ìåòàíà ([CH4] > 80 %).
Âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ïðåäëîæåííîé ìå-
òîäèêè äëÿ ðàñ÷åòà ãîðåíèÿ èíäèâèäóàëüíûõ
óãëåâîäîðîäîâ è ïðèðîäíûõ ãàçîâ ðàçëè÷íûõ
ìåñòîðîæäåíèé â ðàìêàõ ïîñòðîåíèÿ óíèâåð-
ñàëüíûõ ïîäõîäîâ îòíîñèòñÿ ê ÷èñëó ïðèîðè-
òåòíûõ çàäà÷ ïðè âûïîëíåíèè ïðèêëàäíûõ
ðàçðàáîòîê â îáëàñòè ñæèãàíèÿ îðãàíè÷åñêîãî
òîïëèâà.
Êðîìå êîíòðîëüíûõ òîïëèâíûõ ñìåñåé
(LCV ãàçîâ) è åâðîïåéñêèõ ïðèðîäíûõ ãàçîâ,
áûëà âûïîëíåíà ïðîâåðêà âîçìîæíîñòè èñïîëü-
çîâàíèÿ ðàñ÷åòíîé ôîðìóëû [2] â ðàìêàõ íà-
øåé ìåòîäîëîãèè [1] äëÿ ÷èñòûõ òîïëèâ: ÑÍ4,
Ñ3Í8, à òàêæå ñìåñè ÑÍ4 ñ LCV ãàçàìè. Ýòè
ðàñ÷åòû áûëè ïðîâåäåíû â óñëîâèÿõ âàðüèðîâà-
íèÿ êîýôôèöèåíòà èçáûòêà âîçäóõà, íà÷èíàÿ îò
� = 1,0, è ïðè � > 1,0. Çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ðàñ-
÷åòîâ ñâÿçàíà ñ îïðåäåëåíèåì un äëÿ áîãàòûõ
ñìåñåé (� < 1,0). Òàêèì îáðàçîì, áûëî àïðîáè-
ðîâàíî ðàñøèðåíèå îáëàñòè èñïîëüçîâàíèÿ
ïðåäëîæåííîãî ïîäõîäà.
2.1. Íà ðèñ.3 äëÿ ñëó÷àåâ ñæèãàíèÿ ñòåõèî-
ìåòðè÷åñêèõ (� = 1,0) è íåñòåõèîìåòðè÷åñêèõ
(� � 1,0) âîçäóøíûõ ñìåñåé ñ ÑÍ4 ïðèâåäåíî
ñðàâíåíèå un â çàâèñèìîñòè îò �: ïî íàøèì ðàñ-
÷åòàì è ïî äàííûì èç ðàçíûõ èñòî÷íèêîâ, ñâå-
äåííûõ â ìîíîãðàôèè [4]. Äîñòèãíóòî íåïëîõîå
ñîâïàäåíèå ñðàâíèâàåìûõ çíà÷åíèé un ïî íàøèì
ðàñ÷åòàì è ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì èç ëèòå-
ðàòóðû ïðè îáùåì äëÿ âñåõ ãðóïï äàííûõ õà-
6 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 4
Ðèñ.3. Çàâèñèìîñòü un îò á ïðè ñæèãàíèè ìåòàíî-âîçäóøíîé
ñìåñè (1–3) è ñìåñè ïðèðîäíîãî ãàçà ñ âîçäóõîì (4): 1 — ïî
äàííûì Çèíãåðà, Ãðóìåðà, Êóêà [4]; 2 — äàííûå ßíà,
Äåíüþèñà, Õàôôà ïî ñæèãàíèþ ìåòàíî-âîçäóøíîé ñìåñè
[4]; 3 — íàøè ðàñ÷åòíûå äàííûå ïî ñæèãàíèþ ìåòàíî-âîç-
äóøíîé ñìåñè; 4 — ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ÎÍÓ ïî
ñæèãàíèþ ñìåñè ïðèðîäíîãî ãàçà (91,2 % ÑÍ4) ñ âîçäóõîì.
Ðèñ.4. Ñðàâíåíèå íàøèõ ðàñ÷åòíûõ (1) è èçìåðåííûõ (2)
çíà÷åíèé un ñìåñè ïðèðîäíîãî ãàçà ([CH4] = 91,2 %) ñ âîç-
äóõîì â çàâèñèìîñòè îò �; êðèâàÿ 3 — ïî äàííûì êîìïàíèè
GE Jenbacher GmBH&Co OHG [7].
ðàêòåðå âëèÿíèÿ � íà un â óñëîâèÿõ âàðüèðîâà-
íèÿ ñîîòíîøåíèÿ âîçäóõ-îêèñëèòåëü : ãîðþ÷èé
ãàç. Ìàêñèìàëüíûé ðàçáðîñ âñåõ ñðàâíèâàåìûõ
çíà÷åíèé un íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå � 10 % îò
ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ ïî äàííûì âñåõ èñòî÷íèêîâ,
èñïîëüçîâàííûõ ïðè ïîñòðîåíèè ðèñ.3.
Åùå áîëåå óáåäèòåëüíûìè îòíîñèòåëüíî
ïðèåìëåìîñòè ïîäõîäà ÿâëÿþòñÿ ðåçóëüòàòû
ñðàâíåíèÿ ðàñ÷åòà ïî íàøåé ìåòîäèêå è èçìåðå-
íèé un, âûïîëíåííûõ â Èíñòèòóòå ãîðåíèÿ
Îäåññêîãî íàöèîíàëüíîãî óíèâåðñèòåòà (ÎÍÓ),
äëÿ ñëó÷àÿ ñæèãàíèÿ ñìåñè ïðèðîäíûé ãàç :
âîçäóõ ñ ïåðåìåííûì �. Ýòè äàííûå ïðèâåäåíû
íà ðèñ.4, ãäå ñîïîñòàâëåíû çíà÷åíèÿ un ïðè
ðàñ÷åòíîì îïðåäåëåíèè ñêîðîñòè ãîðåíèÿ ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì äâóõïàðàìåòðè÷åñêîãî MF-îáîáùå-
íèÿ è ïðè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèÿõ ñæè-
ãàíèÿ ñìåñè ïðèðîäíîãî ãàçà ([CH4] = 91,2 %) ñ
âîçäóõîì.
Äîïîëíèòåëüíî íà ðèñ.3 íàíåñåíû çíà÷åíèÿ
un äëÿ ãîðåíèÿ ïðèðîäíîãî ãàçà, ñîäåðæàùåãî
[CH4] = 91,2 %, ñ âîçäóõîì. Ýòè äàííûå òàêæå
õîðîøî ëîæàòñÿ íà îáëàñòü ðàñ÷åòíûõ çíà÷åíèé
un(�) äëÿ ãîðåíèÿ ÷èñòûõ ìåòàíî-âîçäóøíûõ
ñìåñåé.
2.2.  Çàïàäíîé Ïîëüøå è Âîñòî÷íîé Ãåð-
ìàíèè, êàê è â Íèäåðëàíäàõ, èìåþòñÿ ìåñòî-
ðîæäåíèÿ ïðèðîäíûõ ãàçîâ, â ñîñòàâ êîòîðûõ
íàðÿäó ñ óãëåâîäîðîäàìè âõîäèò èíåðòíûé ãàç,
îáû÷íî àçîò [5]. Òåïëîòà ñãîðàíèÿ ýòèõ ãàçîâ,
èìåíóåìûõ ïðèðîäíûìè íèçêîêàëîðèéíûìè,
ÌÄæ/íì3: Qí
ð = 29,6–13,4; Qâ
ð = 32,8–14,4.
Ñîäåðæàíèå N2 â ýòèõ ãàçàõ ñîñòàâëÿåò 17–
64,5 %, òî åñòü ìîæåò áûòü ñóùåñòâåííî âûøå,
÷åì áàëëàñòèðîâêà ðàñïðîñòðàíåííîãî ãàçà èç
Ãð¸íèíãåìà. Îáû÷íî ýòè ãàçû íàïðàâëÿþòñÿ â
óñòàíîâêè, ãäå óäàëÿþòñÿ N2 è CO2. Îñíîâíàÿ
÷àñòü ãàçà ñæèãàåòñÿ â ãàçîâûõ òóðáèíàõ GT8
ôèðìû «Alston» ýëåêòðè÷åñêîé ìîùíîñòüþ 57 è
143 ÌÂò.
 ñâÿçè ñ ðàñïðîñòðàíåííîñòüþ ïîäîáíûõ
ãàçîâ ñæèãàíèå ñìåñè ÑÍ4/N2 (Low Caloric
Natural Gas (LCNG) — íèçêîêàëîðèéíûé ïðè-
ðîäíûé ãàç [6]) ñ âîçäóõîì-îêèñëèòåëåì ïðåä-
ñòàâëÿåò ïðàêòè÷åñêèé èíòåðåñ è ÿâëÿåòñÿ ïðåä-
ìåòîì íàøåãî àíàëèçà.
Íà ðèñ.5 ïðåäñòàâëåíû çíà÷åíèÿ un (SL —
ëàìèíàðíàÿ ñêîðîñòü ãîðåíèÿ) â çàâèñèìîñòè îò
ñîäåðæàíèÿ ÑÍ4 â ãàçå (0,25 �
~
DCH4 � 1,0), ãäå~
DCH4 — îáúåìíàÿ (ìîëÿðíàÿ) äîëÿ ÑÍ4 â ãàçå
ïðè âàðüèðîâàíèè � â äèàïàçîíå 0,9 � � � 1,3
ïî ðåçóëüòàòàì êèíåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ [6] è ïî
íàøèì äàííûì. Ïðè ñõîäíîé â öåëîì êàðòèíå
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 4 7
Òàáëèöà 3. Ñîñòàâû (% (îá.)) íèçêîêàëîðèéíûõ ïðèðîäíûõ ãàçîâ â Çàïàäíîé Ïîëüøå
Ìåñòîðîæäåíèå ÑÍ4 Ñ2Í6 Ñ3Í8 Ñ4Í10 N2 He CO2
Qâ
ð,
ÌÄæ/íì3
Qí
ð,
ÌÄæ/íì3
Niemierzyce 81,2 0,59 0,03 0,48 17,1 0,000 0,39 32,8 29,6
Mlodarsko 75,8 0,57 0,02 0,51 22,5 0,000 0,5 30,5 27,5
Paproc 68,5 0,92 0,05 0,19 30,0 0,026 0,17 28,0 25,2
Zuchlow 56,8 1,37 0,24 0,27 40,9 0,000 0,15 24,0 21,7
Antonin 42,2 8,06 3,51 1,57 44,1 0,000 0,35 27,9 25,3
Wilkow 38,1 0,65 0,08 0,14 60,8 0,010 0,06 15,8 14,3
Cychry 42,0 4,61 2,28 0,55 50,5 0,000 0,00 22,5 20,3
Grochowice 34,6 0,74 0,08 0,04 64,45 0,090 0,00 14,4 13,4
Ïðèìå÷àíèå.  ÃÎÑÒ Ð 51847-2001 ïðèíÿòû îáîçíà÷åíèÿ: Qâ
ð = HVH; Qí
ð = LHV.
Ðèñ.5. Çàâèñèìîñòü un âîçäóøíûõ ñìåñåé LCNG îò ñîäåðæà-
íèÿ (ìîëÿðíîé, îáúåìíîé äîëè) ìåòàíà
~
DCH4 â íèõ (à — ïî
ðåçóëüòàòàì ðàñ÷åòîâ ðàáîòû [6]; á — ïî íàøèì ðàñ÷åòàì)
ïðè ðàçíûõ �: 1 — 0,9; 2 — 1,0; 3 — 1,1; 4 — 1,2; 5 — 1,3.
ïî ñîïîñòàâëÿåìûì äàííûì îáðàùàåò íà ñåáÿ
âíèìàíèå ðàçëè÷èå âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ
êðèâûõ un ïðè � = 0,9 è � = 1,0 âî âñåì äèàïà-
çîíå ñîîòíîøåíèé èñõîäíûõ êîìïîíåíò [CH4] :
[N2].  íàøåì ñëó÷àå un (� = 1,0) > un (� =
0,9); â ðàáîòå [6] un (� = 0,9) > un (� = 1,0) âî
âñåì äèàïàçîíå
~
DCH4 � {0,25; 1,0}. Â íàøåì ñëó-
÷àå un,màõ ïðèõîäèòñÿ íà � � 0,95, êîòîðîå ñîîò-
âåòñòâóåò ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþ òåîðåòè÷åñêîé
òåìïåðàòóðû ãîðåíèÿ ÒÒ = f(�) = TT,max. Äåéñò-
âèòåëüíî, çíà÷åíèå un,max äëÿ ìåòàíî-âîçäóøíî-
ãî ïëàìåíè ñìåùåíî â ñòîðîíó ñëåãêà îáîãàùåí-
íûõ ñìåñåé: 0,9 < � (un,max) < 1,0 (ñì. ðèñ.3, 4).
Óáåäèâøèñü â àäåêâàòíîñòè ïðåäëîæåííîãî
ïîäõîäà ïðè îïðåäåëåíèè ñêîðîñòè ãîðåíèÿ ìåòà-
íî-àçîòíûõ ñìåñåé ñ âîçäóõîì-îêèñëèòåëåì, ïå-
ðåéäåì ê ðåçóëüòàòàì äâóõïàðàìåòðè÷åñêîãî ðàñ-
÷åòíîãî àíàëèçà âåëè÷èí un äëÿ îáåäíåííûõ ïðè-
ðîäíûõ ãàçîâ, çàáàëëàñòèðîâàííûõ N2. Â òàáë.3
ïðåäñòàâëåí ñîñòàâ ïðèðîäíûõ ãàçîâ LCNG èç
ïîëüñêèõ ìåñòîðîæäåíèé ïî äàííûì [5].
 ñîîòâåòñòâèè ñ ðåçóëüòàòàìè ðàñ÷åòîâ un
äëÿ ìåñòîðîæäåíèÿ Antonin, ãäå [CH4] = 42,2 %
è [N2] = 44,1 %, ñêîðîñòü ãîðåíèÿ èìååò ïðè-
ìåðíî òàêîå æå çía÷åíèå, êàê äëÿ ãàçîâ èç ìå-
ñòîðîæäåíèé Niemiezyce ([CH4] = 81,2 %, [N2]
= 17,1 %,) è Mlodarsko ([CH4] = 75,8 %, [N2] =
22,5 %,). Ýòî óêàçûâàåò íà òî, ÷òî äëÿ îïðåäå-
ëåíèÿ ñêîðîñòè ãîðåíèÿ ãàçîâîãî òîïëèâà ïðî-
èçâîëüíîãî ñîñòàâà íå ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû
ïîäõîäû, ïîñòðîåííûå íà ïðèíöèïå âåñîâîé àä-
äèòèâíîñòè ïî ñîîòâåòñòâóþùèì õàðàêòåðèñòè-
êàì èíäèâèäóàëüíûõ êîìïîíåíòîâ òîïëèâà.
2.3. Ðàññìîòðèì âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâà-
íèÿ íàøåé ìåòîäèêè äëÿ ðàñ÷åòà un âîçäóøíûõ
ñìåñåé áîëåå âûñîêèõ óãëåâîäîðîäîâ.
 ýòîì ñìûñëå ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ ðàáîòà
[8], ãäå ðàññìîòðåíû ëàìèíàðíûå ñêîðîñòè ãî-
ðåíèÿ óãëåâîäîðîäîâ, èìåíóåìûõ àâòîðàìè «ïî-
äîáíûìè ïðèðîäíîìó ãàçó» (natural gas like
mixtures), ïî ñóùåñòâó, àëêàíîâûõ ñìåñåé — îò
ìåòàíà äî ýòàíà, âêëþ÷àÿ ÷èñòûå ÑÍ4 è Ñ2Í6,
à òàêæå un ñìåñè 75 % ÑÍ4 + 25 % Ñ2Í6, à òàê-
æå ñëó÷àè ðàçáàâëåíèÿ ãîðþ÷åãî ãàçà ÑÎ2 (äî
60 %), N2 (äî 40 %). Íà ðèñ.7 ïðèâåäåíà âåðè-
ôèêàöèÿ íàøèõ ðàñ÷åòíûõ çíà÷åíèé un ïðè
ñæèãàíèè ýòàíî-âîçäóøíûõ ñìåñåé ïî ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûì äàííûì [8].
 öåëîì ìîæíî êîíñòàòèðîâàòü íåïëîõîå
ñîâïàäåíèå íàøèõ ðàñ÷åòíûõ äàííûõ ñ ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûìè äàííûìè èíîñòðàííûõ àâòîðîâ,
îäíàêî ïîñëåäíèå äàííûå èìåþò íåñêîëüêî áî-
ëåå ïîëîãóþ çàâèñèìîñòü un îò �. Â ðåçóëüòàòå
ðàñõîæäåíèå äàííûõ ìåæäó íàøèìè ðàñ÷åòíû-
ìè çíà÷åíèÿì un è ñðåäíèìè âåëè÷èíàìè èç
îïûòíîãî ìàññèâà ñîñòàâëÿåò +(4…8) % â îá-
ëàñòè ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ ñìåñåé (� =1,0) è ñìå-
ñåé, ãäå un= un,max (� � 0,90–0,95), è –(5…9) %
(áîãàòûå ñìåñè), –(11…20) % (áåäíûå ñìåñè) —
äëÿ íåñòåõèîìåòðè÷åñêèõ ãîðþ÷èõ ñìåñåé.
Òàêèì îáðàçîì, èç ðèñ.8 ñëåäóåò, ÷òî è â
ñëó÷àå ýòàïà Ñ2Í6 ïðåäëàãàåìàÿ íàìè ìåòîäèêà
òàêæå ìîæåò áûòü ðåêîìåíäîâàíà äëÿ ïðàêòè÷å-
ñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ.
 ðàáîòå [8] îöåíèâàëàñü àäåêâàòíîñòü ðàñ-
÷åòíîãî îïðåäåëåíèÿ un ñðàâíåíèåì ìåæäó ñî-
áîé îïûòíûõ äàííûõ ðàçíûõ àâòîðîâ è ðàñ÷åò-
8 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 4
Ðèñ.6. Çàâèñèìîñòü un îò � äëÿ îáåäíåííûõ ÑÍ4 ïðèðîäíûõ
ãàçîâ ïîëüñêèõ ìåñòîðîæäåíèé: 1 — Niemierzyce; 2 —
Mlodarsko; 3 — Paproc; 4 — Zuchlow; 5 — Antonin; 6 —
Cychry; 7 — Wilkow; 8 — Grochowice.
Ðèñ.7. Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè ãîðåíèÿ ýòàíî-âîçäóøíûõ ñìå-
ñåé (307 K, 1 áàð) îò �. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ: 1 — íàøèõ ïî
äâóõïàðàìåòðè÷åñêîìó îïèñàíèþ; 2 — ïî äàííûì [8] ñ êîð-
ðåêòèðîâêîé òåìïåðàòóðû; 3 — òî æå áåç êîððåêòèðîâêè
òåìïåðàòóðû. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå [8]: 4 — Konnov
(T = 298 K); 5 — Bosschaart (T = 295 K); 6 — Vagelopoulos.
íûõ âåëè÷èí, íàéäåííûõ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåõà-
íèçìà ãîðåíèÿ GRI-3.0 (GRI-Mech 3.0). Ðàñ÷åòû
âûïîëíÿëèñü ïðè èñõîäíûõ òåìïåðàòóðàõ ãîðþ-
÷åé ñìåñè 298 è 307 Ê, äàâëåíèå ïðîöåññà 1 áàð.
Ïðåäñòàâëåííûå â ðàáîòå [8] ðåçóëüòàòû
óêàçûâàþò íà îòëè÷íîå îïèñàíèå çàâèñèìîñòåé
un= f(�), ïîëó÷åííûõ ïðè èñïîëüçîâàíèè êèíå-
òè÷åñêîãî ìåõàíèçìà GRI-3.0 ñ ïðîãðàììíîé
âåðñèåé PREMIX code, äëÿ ðàñ÷åòà ñêîðîñòåé
ãîðåíèÿ ìåòàíî-âîçäóøíûõ è ýòàíî-âîçäóøíûõ
ñìåñåé, âêëþ÷àÿ ãàçû, ðàçáàâëåííûå N2 è CO2.
Íàø îïûò èñïîëüçîâàíèÿ GRI-3.0 ìåõàíèç-
ìà ïðè îïèñàíèè un äëÿ ìåòàíî- è ïðîïàíî-âîç-
äóøíîãî ïëàìåíè óêàçûâàåò íà óäîâëåòâîðè-
òåëüíîå ñîâïàäåíèå äàííûõ (çíà÷åíèé un), ïî-
ëó÷åííûõ ïî äâóõïàðàìåòðè÷åñêîìó îáîáùå-
íèþ: ïî ñóùåñòâó áåç ó÷åòà êèíåòèêè ðåàêöèé è
ïî GRI-3.0 êèíåòè÷åñêîìó ìåõàíèçìó.
Ïðè äâóõïàðàìåòðè÷åñêîì îïèñàíèè ðàñ-
÷åòíàÿ çàâèñèìîñòü èñïîëüçóåò â êà÷åñòâå ôàê-
òîðîâ-àðãóìåíòîâ òåîðåòè÷åñêóþ òåìïåðàòóðó
ãîðåíèÿ ÒÒ è ïåðåìåííóþ ñìåøåíèÿ Mixture
Fraction (MF), ÷òî îòðàæàåò ñòðóêòóðó ôóíäà-
ìåíòàëüíûõ çàâèñèìîñòåé Çåëüäîâè÷à è Ôðàíê-
Êàìåíåöêîãî äëÿ ðàñ÷åòà ñêîðîñòè ëàìèíàðíîãî
ãîðåíèÿ:
SL ~ (a/ )1/2; [9]
SL ~ (a Wr)
1/2, [10]
ãäå a — êîýôôèöèåíò òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè
ðåàêöèîííîé ñìåñè (ôèçè÷åñêèé ôàêòîð), õà-
ðàêòåðèçóþùèé ñìåñü ãîðþ÷èé ãàç + âîç-
äóõ-îêèñëèòåëü, à =
/(ñp �); — õàðàêòåðíîå
âðåìÿ ðåàêöèè; Wr — ñêîðîñòü õèìè÷åñêîé ðå-
àêöèè. Çäåñü
, ñp, � — ñîîòâåòñòâåííî êîýôôè-
öèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè, óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü
è ïëîòíîñòü ðåàêöèîííîé ñìåñè.
GRI–Mech 3.0 ÿâëÿåòñÿ îïòèìèçèðîâàííûì
êèíåòè÷åñêèì ìåõàíèçìîì, ïðåäíàçíà÷åííûì
äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ãîðåíèÿ ïðèðîäíîãî ãàçà,
âêëþ÷àÿ îáðàçîâàíèå NO è õèìèçì («reburn»)
ñòàäèéíûõ ïðîöåññîâ. Â ýòîé ñâÿçè îñíîâíîå
íàçíà÷åíèå ìåõàíèçìà — ðàñ÷åò ãîðåíèÿ ìåòà-
íà. ×òî êàñàåòñÿ äðóãèõ àëêàíîâ, òî ýòîò ìåõà-
íèçì èõ ó÷èòûâàåò òîëüêî â òîé ñòåïåíè, â êî-
òîðîé ñîîòâåòñòâóþùèå áîëåå âûñîêèå óãëåâî-
äîðîäû âõîäÿò â ñîñòàâ ïðèðîäíûõ ãàçîâ, òî
åñòü íåçíà÷èòåëüíî.
 íàøåé ðàáîòå [11] ñîïîñòàâëåíû ðàñïðå-
äåëåíèÿ ñêîðîñòè ëàìèíàðíîãî ãîðåíèÿ ìåòà-
íî-âîçäóøíûõ ñìåñåé â çàâèñèìîñòè îò êîýôôè-
öèåíòà èçáûòêà âîçäóõà ïî ðåçóëüòàòàì ðàñ÷å-
òîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõïàðàìåòðè÷åñêîãî
îáîáùåíèÿ è ñ èñïîëüçîâàíèåì GRI–Mech 3.0.
Îáå êðèâûå íåïëîõî ñîâïàäàþò ìåæäó ñîáîé è
ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè îòå÷åñòâåííûõ
è çàðóáåæíûõ àâòîðîâ.
Âûâîäû
Ïðîàíàëèçèðîâàíà âîçìîæíîñòü èñïîëüçî-
âàíèÿ äâóõïàðàìåòðè÷åñêîãî îïèñàíèÿ äëÿ îï-
ðåäåëåíèÿ ñêîðîñòåé íîðìàëüíîãî un (ëàìèíàð-
íîãî SL) ãîðåíèÿ èíäèâèäóàëüíûõ òîïëèâ è
ñìåñåé ãàçîâ ðàçëè÷íîãî ñîñòàâà ñ âîçäó-
õîì-îêèñëèòåëåì (ïî àíàëîãèè ñ ïîäõîäîì
I.Glassman [2]). Ôèçè÷åñêèé ôàêòîð â äâóõïà-
ðàìåòðè÷åñêîì îïèñàíèè ïðåäñòàâëåí âåëè÷è-
íîé MF, õèìè÷åñêàÿ êèíåòèêà ãîðåíèÿ ïðè
ýòîì õàðàêòåðèçóåòñÿ òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðàòó-
ðîé ãîðåíèÿ ÒÒ â ýêñïîíåíöèàëüíîé ôîðìå.
Íà îñíîâàíèè òåñòèðîâàíèÿ è ñîïîñòàâëå-
íèÿ ñ ðåçóëüòàòàìè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëå-
äîâàíèé è ðàñ÷åòîâ ïî äðóãèì ìåòîäèêàì îïðå-
äåëåí êðóã òîïëèâíûõ ñìåñåé ñ âîçäóõîì, äëÿ
êîòîðûõ ìîæåò áûòü ðåêîìåíäîâàíà ïðåäëîæåí-
íàÿ çàâèñèìîñòü è ìåòîäîëîãèÿ ðàñ÷åòà un.
Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ñ ïðèåìëåìîé òî÷íî-
ñòüþ äâóõïàðàìåòðè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü ìîæåò
áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ ðàñ÷åòà íîðìàëüíîé ñêî-
ðîñòè ãîðåíèÿ ìåòàíà, ýòàíà, ïðèðîäíûõ ãàçîâ
ðàçëè÷íîãî ñîñòàâà, â òîì ÷èñëå îáåäíåííûõ â
ñâÿçè ñ áàëëàñòèðîâêîé N2 íèçêîêàëîðèéíûõ
(LCV) ãàçîâ, ãäå îñíîâíîé áàëëàñòíûé êîìïî-
íåíò N2, ñ ðàçëè÷íûì ñîäåðæàíèåì ÑÍ4, ÑÎ,
Í2, à òàêæå ñìåñåé LCV ñ ïðèðîäíûì ãàçîì
(ÑÍ4). Ñîîòíîøåíèå ãîðþ÷èé ãàç (ñìåñü ãàçîâ)
: âîçäóõ, â ïðåäåëàõ êîòîðîãî ïðîâåäåíî îïðî-
áîâàíèå ìåòîäèêè, ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîíó
âàðüèðîâàíèÿ êîýôôèöèåíòà èçáûòêà âîçäóõà
0,7 ����� 1,4.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðà
1. Ñîðîêà Á.Ñ. Îïðåäåëåíèå îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê
ãîðåíèÿ ãàçîâûõ ñìåñåé. 1. Ôèçè÷åñêèå îñíîâû
ñîâðåìåííûõ ìîäåëåé ôîðìèðîâàíèÿ ôðîíòà ïëà-
ìåíè // Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå.
— 2009. — ¹ 5. — Ñ. 23–30.
2. Fossum M., Hustad J. Laminar burning velocities of in-
ert diluted mixtures of methane, hydrogen and carbon
dioxide // The 6th Europ. Conf. on Industrial Fur-
naces and Boilers (INFUB), Estoril, Lisbon, Portu-
gal, 2–5 Apr., 2002. — Lisbon, 2002. — Vol. 3. —
P. 426–435.
3. Fossum M., Beyer R.V. Co-combustion : Biomass
Fuel Gas and Natural Gas // SINTEF Energy Re-
search : Techn. Report. — 1998. — 26 p.
4. Ëüþèñ Á., Ýëüáå Ã. Ãîðåíèå, ïëàìÿ è âçðûâû â ãà-
çàõ. — Ì. : Ìèð, 1968. — 592 ñ.
5. Dobski T., Kruszewski W., Kulinski M. Combustion
of low-caloric natural gas in gas turbine combustors
// State of the Art on Gas Turbine Research in Po-
land. — 2006.
6. Dobski T., Kruszewski W., Szewczyk D., Swiderski
A. Combustion of Low Caloric Natural Gases in In-
dustrial Boilers // Prepr.-Proc. the of 6th Europ.
Conf. on Industrial Furnaces and Boilers (INFUB),
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 4 9
Estoril, Lisbon, Portugal, 2–5 Apr., 2002. — Lis-
bon, 2002. — Vol. 3.
7. Heroin G. Stromerzeugung aus Schwachgas nittels
Gasmotoren. — Leipzing : Jenbacher Gas Engines,
2007.
8. Ratha Kishore V., Duhan N., Ravi M.R., Ray A.
Measurement of adiabatic burning velocity in Natu-
ral Gas like mixtures // Preprint submitted to El-
sevier, 2 Dec., 2007. — Elsevier, 2007. — 23 p.
9. Âàðíàòö Þ., Ìààñ Ó., Äèááë Ð. Ãîðåíèå (ôèçè÷å-
ñêèå è õèìè÷åñêèå àñïåêòû, ìîäåëèðîâàíèå, ýêñ-
ïåðèìåíòû, îáðàçîâàíèå çàãðÿçíÿþùèõ âåùåñòâ).
— Ì. : Íàóêà, 2003. — 352 c.
10. Âèëüÿìñ Ô.À. Òåîðèÿ ãîðåíèÿ. —Ì. : Íàóêà, 1971.
— 815 c.
11. Soroka B., Sandor P. Thermodynamic analysis of the
combined energy and environmental efficiency of fur-
naces by fuel combustion // The 10th Conf. on Energy
for a Clean Environment, Lisbon, Portugal, 7–10 July,
2009. — Lisbon, 2009.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 03.03.10
10 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 4
Definition of Principal Characteristics of Gas Mixtures Combustion.
2. Computations of the Burning Velocities of the Gas Mixtures by
Means of Two-Parametric Generalization
Soroka B.S., Bradulov P.A.
The Gas Institute of NASU, Kiev
Semi-empirical dependence on definition of flame propagation velocity — normal un (lami-
nar SL) burning velocity has been tested in respect of burning of some combustibles with
the air-oxidant. The mentioned equation has been proposed earlier, in the 1st part of our
present work [1]. The calculations are basing upon using of two-parametric dependence of
un on theoretical combustion temperature ÒÒ of the burning mixture and on Mixture Frac-
tion (MF) value. The acceptability of the proposed approach of un computations has been
proven for some cases of burning the following combustibles with an air-oxidant: of highly
ballasted low-calorific (LCV) gases, of hydrocarbons including those been diluted with ni-
trogen, as well as for natural gases of various European gas deposits.
Key words: laminar burning, normal velocity of flame propagation, low-calorific
gases, mixing (mixture fraction) MF, natural gas, theoretical combustion tempera-
ture, flame front.
Received March 3, 2010
ÓÄÊ 662.61
Õàðàêòåð âçàèìîäåéñòâèÿ êîêñîâ îòõîäîâ
óãëåîáîãàùåíèÿ è ýíåðãåòè÷åñêèõ óãëåé
ñ êèñëîðîäîì âîçäóõà â êèïÿùåì ñëîå
Ïðîâàëîâ À.Þ.
Èíñòèòóò óãîëüíûõ ýíåðãîòåõíîëîãèé ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
Îïèñàíà ìåòîäèêà ïðîâåäåíèÿ èññëåäîâàíèé è îáðàáîòêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ
ïî êèíåòèêå âçàèìîäåéñòâèÿ êîêñîâ óãëåé ñ êèñëîðîäîì âîçäóõà â óñòàíîâêå êèïÿùåãî
ñëîÿ. Ïðåäñòàâëåíû ñîïîñòàâèòåëüíûå ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ ïî îïðåäåëåíèþ õà-
ðàêòåðà è ñêîðîñòè âçàèìîäåéñòâèÿ êîêñîâ øëàìîâ è êîêñîâ äðîáëåíûõ óãëåé ìàðîê
ÀØ, ÄÃ è Ë-Â(Ã) ñ êèñëîðîäîì âîçäóõà â êèïÿùåì ñëîå. Ïîêàçàíî, ÷òî ñêîðîñòè âû-
ãîðàíèÿ êîêñîâ øëàìîâ ýíåðãåòè÷åñêèõ óãëåé âûøå, ÷åì ñêîðîñòè âûãîðàíèÿ êîêñîâ
äðîáëåíûõ óãëåé òåõ æå ìàðîê. Îïðåäåëåíû êèíåòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè âûãîðàíèÿ
äëÿ êîêñîâ øëàìîâ è êîêñîâ äðîáëåíûõ óãëåé (ýíåðãèÿ àêòèâàöèè è ïðåäýêñïîíåíöè-
àëüíûå êîýôôèöèåíòû) â êèñëîðîäå âîçäóõà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: êîêñ, øëàì, êèïÿùèé ñëîé, ñòåïåíü êîíâåðñèè, ýíåðãèÿ àêòèâàöèè,
êèíåòè÷åñêèå êîíñòàíòû.
� Ïðîâàëîâ À.Þ., 2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126865 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3482 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:10:19Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут газу НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сорока, Б.С. Брадулов, П.А. 2017-12-04T19:44:11Z 2017-12-04T19:44:11Z 2010 Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения / Б.С. Сорока, П.А. Брадулов // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 4. — С. 3-10. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0235-3482 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126865 665.612:662.611.001.2 Полуэмпирическая зависимость для определения скорости распространения пламени — нормальной un (ламинарной) скорости горения — опробована применительно к сжиганию смесей с воздухом-окислителем некоторых горючих газов. Расчеты построены на использовании двухпараметрической зависимости un от теоретической температуры горения ТТ горючей смеси и переменной смешения (Mixture Fraction — MF). Доказана приемлемость расчетной зависимости и оценены погрешности определения un для случая горения сильно забалластированных низкокалорийных газов, углеводородов, в том числе разбавленных азотом, а также для природных газов различных европейских месторождений. Напівемпіричну залежність для визначення швидкості розповсюдження полум’я — нормальної un (ламінарної) швидкості горіння — випробувано стосовно до спалення сумішей із повітрям-окислювачем деяких горючих газів. Розрахунки побудовано на використанні двопараметричної залежності un від теоретичної температури горіння ТТ горючої суміші та перемінної змішування (Mixture Fraction — MF). Доведено прийнятність розрахункової залежності та оцінено похибки визначення un для випадку горіння сильно забаластованих низькокалорійних газів, вуглеводнів, у тому числі розбавлених азотом, а також для природних газів різних європейських родовищ. Semi-empirical dependence on definition of flame propagation velocity — normal un (laminar SL) burning velocity has been tested in respect of burning of some combustibles with the air-oxidant. The mentioned equation has been proposed earlier, in the 1st part of our present work [1]. The calculations are basing upon using of two-parametric dependence of un on theoretical combustion temperature ÒÒ of the burning mixture and on Mixture Fraction (MF) value. The acceptability of the proposed approach of un computations has been proven for some cases of burning the following combustibles with an air-oxidant: of highly ballasted low-calorific (LCV) gases, of hydrocarbons including those been diluted with nitrogen, as well as for natural gases of various European gas deposits. ru Інститут газу НАН України Энерготехнологии и ресурсосбережение Топливо и энергетика Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения Definition of Principal Characteristics of Gas Mixtures Combustion. 2. Computations of the Burning Velocities of the Gas Mixtures by Means of Two-Parametric Generalization Article published earlier |
| spellingShingle | Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения Сорока, Б.С. Брадулов, П.А. Топливо и энергетика |
| title | Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения |
| title_alt | Definition of Principal Characteristics of Gas Mixtures Combustion. 2. Computations of the Burning Velocities of the Gas Mixtures by Means of Two-Parametric Generalization |
| title_full | Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения |
| title_fullStr | Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения |
| title_full_unstemmed | Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения |
| title_short | Определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. Расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения |
| title_sort | определение основных характеристик горения газовых смесей. 2. расчет скорости горения газовых смесей с использованием двухпараметрического обобщения |
| topic | Топливо и энергетика |
| topic_facet | Топливо и энергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126865 |
| work_keys_str_mv | AT sorokabs opredelenieosnovnyhharakteristikgoreniâgazovyhsmesei2rasčetskorostigoreniâgazovyhsmeseisispolʹzovaniemdvuhparametričeskogoobobŝeniâ AT bradulovpa opredelenieosnovnyhharakteristikgoreniâgazovyhsmesei2rasčetskorostigoreniâgazovyhsmeseisispolʹzovaniemdvuhparametričeskogoobobŝeniâ AT sorokabs definitionofprincipalcharacteristicsofgasmixturescombustion2computationsoftheburningvelocitiesofthegasmixturesbymeansoftwoparametricgeneralization AT bradulovpa definitionofprincipalcharacteristicsofgasmixturescombustion2computationsoftheburningvelocitiesofthegasmixturesbymeansoftwoparametricgeneralization |