Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени

Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени

Приводятся данные CFD прогнозирования структуры изотермического течения и закономерностей смесеобразования топлива и окислителя в горелочных устройствах с различными конструктивными схемами эшелонирования стабилизаторов пламени. Даны результаты сравнительного анализа характеристик течения и смесеобр...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Промышленная теплотехника
Дата:2017
Автори: Фиалко, Н.М., Меранова, Н.О., Рокитько, К.В., Алешко, С.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут технічної теплофізики НАН України 2017
Теми:
Тепло- и массообменные процессы
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142357
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, Н.О. Меранова, К.В. Рокитько, С.А. Алешко // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 3. — С. 17-24. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142357
record_format dspace
spelling Фиалко, Н.М.
Меранова, Н.О.
Рокитько, К.В.
Алешко, С.А.
2018-10-06T09:32:02Z
2018-10-06T09:32:02Z
2017
Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, Н.О. Меранова, К.В. Рокитько, С.А. Алешко // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 3. — С. 17-24. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
0204-3602
DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.3.2017.03
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142357
536.24:533
Приводятся данные CFD прогнозирования структуры изотермического течения и закономерностей смесеобразования топлива и окислителя в горелочных устройствах с различными конструктивными схемами эшелонирования стабилизаторов пламени. Даны результаты сравнительного анализа характеристик течения и смесеобразования при наличии и отсутствии указанного эшелонирования.
Приводятся данные CFD прогнозирования структуры изотермического течения и закономерностей смесеобразования топлива и окислителя в горелочных устройствах с различными конструктивными схемами эшелонирования стабилизаторов пламени. Даны результаты сравнительного анализа характеристик течения и смесеобразования при наличии и отсутствии указанного эшелонирования.
The data CFD predicting of the structure of the isothermal flow and the regularities of the fuel and oxidant mixture formation in burners with different constructional schemes of the echeloning of flame stabilizers are presented. The results of a comparative analysis of flow characteristics and mixture formation in the presence and absence of the indicated echeloning are given.
ru
Інститут технічної теплофізики НАН України
Промышленная теплотехника
Тепло- и массообменные процессы
Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени
Modeling of flow and mixture formation of fuel and oxidant in burners with horseshoe-shaped and staircase echeloning of flame stabilizers
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени
spellingShingle Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени
Фиалко, Н.М.
Меранова, Н.О.
Рокитько, К.В.
Алешко, С.А.
Тепло- и массообменные процессы
title_short Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени
title_full Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени
title_fullStr Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени
title_full_unstemmed Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени
title_sort моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени
author Фиалко, Н.М.
Меранова, Н.О.
Рокитько, К.В.
Алешко, С.А.
author_facet Фиалко, Н.М.
Меранова, Н.О.
Рокитько, К.В.
Алешко, С.А.
topic Тепло- и массообменные процессы
topic_facet Тепло- и массообменные процессы
publishDate 2017
language Russian
container_title Промышленная теплотехника
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
format Article
title_alt Modeling of flow and mixture formation of fuel and oxidant in burners with horseshoe-shaped and staircase echeloning of flame stabilizers
description Приводятся данные CFD прогнозирования структуры изотермического течения и закономерностей смесеобразования топлива и окислителя в горелочных устройствах с различными конструктивными схемами эшелонирования стабилизаторов пламени. Даны результаты сравнительного анализа характеристик течения и смесеобразования при наличии и отсутствии указанного эшелонирования. Приводятся данные CFD прогнозирования структуры изотермического течения и закономерностей смесеобразования топлива и окислителя в горелочных устройствах с различными конструктивными схемами эшелонирования стабилизаторов пламени. Даны результаты сравнительного анализа характеристик течения и смесеобразования при наличии и отсутствии указанного эшелонирования. The data CFD predicting of the structure of the isothermal flow and the regularities of the fuel and oxidant mixture formation in burners with different constructional schemes of the echeloning of flame stabilizers are presented. The results of a comparative analysis of flow characteristics and mixture formation in the presence and absence of the indicated echeloning are given.
issn 0204-3602
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142357
citation_txt Моделирование течения и смесеобразования топлива и окислителя в горелках с подковообразным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, Н.О. Меранова, К.В. Рокитько, С.А. Алешко // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 3. — С. 17-24. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT fialkonm modelirovanietečeniâismeseobrazovaniâtoplivaiokislitelâvgorelkahspodkovoobraznymilestničnyméšelonirovaniemstabilizatorovplameni
AT meranovano modelirovanietečeniâismeseobrazovaniâtoplivaiokislitelâvgorelkahspodkovoobraznymilestničnyméšelonirovaniemstabilizatorovplameni
AT rokitʹkokv modelirovanietečeniâismeseobrazovaniâtoplivaiokislitelâvgorelkahspodkovoobraznymilestničnyméšelonirovaniemstabilizatorovplameni
AT aleškosa modelirovanietečeniâismeseobrazovaniâtoplivaiokislitelâvgorelkahspodkovoobraznymilestničnyméšelonirovaniemstabilizatorovplameni
AT fialkonm modelingofflowandmixtureformationoffuelandoxidantinburnerswithhorseshoeshapedandstaircaseecheloningofflamestabilizers
AT meranovano modelingofflowandmixtureformationoffuelandoxidantinburnerswithhorseshoeshapedandstaircaseecheloningofflamestabilizers
AT rokitʹkokv modelingofflowandmixtureformationoffuelandoxidantinburnerswithhorseshoeshapedandstaircaseecheloningofflamestabilizers
AT aleškosa modelingofflowandmixtureformationoffuelandoxidantinburnerswithhorseshoeshapedandstaircaseecheloningofflamestabilizers
first_indexed 2025-11-26T00:08:33Z
last_indexed 2025-11-26T00:08:33Z
_version_ 1850593017688227840
fulltext ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №3 17 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ УДК 536.24:533 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ И СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ ТОПЛИВА И ОКИСЛИТЕЛЯ В ГОРЕЛКАХ С ПОДКОВООБРАЗНЫМ И ЛЕСТНИЧНЫМ ЭШЕЛОНИРОВАНИЕМ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПЛАМЕНИ Фиалко Н.М., член-корреспондент НАН Украины, Меранова Н.О., канд. техн. наук, Рокитько К.В., Алешко С.А., канд. техн. наук Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. Желябова, 2а, Киев, 03680, Украина Наводяться дані CFD прогнозу- вання структури ізотермічної течії та закономірностей сумішоутворення палива та окиснювача в пальникових пристроях з різними конструктивними схемами ешелонування стабілізаторів полум’я. Подаються результати порівняльного аналізу характеристик течії та сумішоутворення за наявності та відсутності вказаного ешелонування. Приводятся данные CFD прогно- зирования структуры изотермического течения и закономерностей смесео- бразования топлива и окислителя в го- релочных устройствах с различными конструктивными схемами эшелониро- вания стабилизаторов пламени. Даны результаты сравнительного анализа ха- рактеристик течения и смесеобразова- ния при наличии и отсутствии указан- ного эшелонирования. The data CFD predicting of the structure of the isothermal flow and the regularities of the fuel and oxidant mixture formation in burners with different constructional schemes of the echeloning of flame stabilizers are presented. The results of a comparative analysis of flow characteristics and mixture formation in the presence and absence of the indicated echeloning are given. Библ. 10, рис. 4, табл.1. Ключевые слова: течение, смесеобразование, подковообразное и лестничное эшелонирование, горелочные устройства, математическое моделирование. Bк – ширина канала; Bст– ширина стабилизатора; d – диаметр газоподающих отверстий; Dк – коэффициент диффузии к-го компонента; H – шаг расположения стабилизаторов; N – число компонентов смеси; L – длина; Р – статическое давление; S – шаг расположения газоподающих отверстий; ScK – число Шмидта к-го компонента, KK DSc / ; ScT – турбулентное число Шмидта; t – время; Uj – компоненты вектора скорости в направлении xj; wк – массовая концентрация к-го компонента; xj – декартова координата; ν, νт – кинематическая и турбулентная кинематическая вязкость; Введение Эшелонированное расположение стабилизаторов пламени в микрофакельных горелочных устройствах является, как известно, одним из эффективных спосо- бов воздействия на протекающие в них рабочие процес- сы [1-5]. В зависимости от целей такого воздействия мо- гут использоваться различные конструктивные схемы указанного эшелонирования. Особый интерес представ- ляет рассмотрение следующих двух конструктивных схем. Первая из них отвечает условиям, когда необхо- ρ – плотность среды; ρк– парциальная массовая плотность к-го компонента, ρк = ρ·wк; τij – компоненты тензора напряжений; DDES (Delayed Detached Eddy Simulation) – метод моделирования отсоединенных вихрей; LES (Large Eddy Simulation) – метод моделирования крупных вихрей; URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) – полуэмпирический метод, базирующийся на осреднен- ных по Рейнольдсу стационарных и нестационарных уравнениях Навье-Стокса; в – воздух; вх – входный; вых – выходной; г – газ; ст – стабилизатор. димо обеспечение пониженного уровня температур в зонах огнетехнического объекта, находящихся вблизи крайних стабилизаторов решетки. Для выполнения дан- ного требования целесообразно использовать так назы- ваемое подковообразное расположение стабилизаторов пламени. Вторая конструктивная схема соответствует требованию определенного смещения ядра факела с це- лью получения существенно неравномерного поля тем- ператур в поперечном сечении потока непосредственно за горелочным устройством. Эти условия могут быть ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №318 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ реализованы при использовании лестничного эшелони- рования стабилизаторов пламени в решетке. Развитие технологий сжигания топлива в горелках с указанными типами эшелонирования стабилизаторов пламени обуславливает необходимость проведения ис- следований различных элементов их рабочих процес- сов. 1. Анализ последних исследований и публикаций В последний период исследованию рабочих про- цессов в горелках с эшелонированным расположением стабилизаторов пламени уделяется все большее вни- мание. При этом имеющиеся публикации посвящены, главным образом, изучению физической ситуации, от- вечающей лишь одной конструктивной схеме эшело- нирования стабилизаторов пламени, а именно, их лест- ничному расположению. Так, в [1, 2, 6-8] представлены результаты исследований структуры течения топлива и окислителя в решетках данного типа. Работы [9, 10] касаются формирования температурных полей в зоне горения за лестнично эшелонированными стабилизато- рами пламени и т.д. Потребности энергетической практики вызывают необходимость исследования различных конструктив- ных схем эшелонирования стабилизаторов пламени. Важным является также проведение сравнительного анализа характеристик рабочих процессов в горелках с разными типами эшелонирования и при расположении торцов стабилизаторов в одной плоскости. 2. Формулировка цели статьи Целью работы является выявление основных осо- бенностей течения и смесеобразования топливного газа и окислителя в горелочных устройствах с подковообраз- ным и лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени и проведение сравнительного анализа установ- ленных закономерностей с ситуацией отсутствия такого эшелонирования. 3. Особенности постановки задачи Рассматривается картина течения и смесеобразо- вания природного газа и воздуха в горелочных устрой- ствах при подковообразном и лестничном размещении стабилизаторов пламени (рис. 1). а) б) Рис. 1. К постановке задачи для подковообразно (а ) и лестнично (б) эшелонированной решетки стабилизаторов пламени: 1, 2, 3 – первый, второй и третий стабилизаторы пламени; I, IV – пристеночные каналы; II, III – межстабилизаторные каналы. Решетка стабилизаторов располагается в прямоу- гольном канале горелочного устройства, ограниченном входным Гвх и выходным Гвых поперечными сечениями и боковой поверхностью канала Гбок. На вход канала по- дается воздух, который омывает наружные поверхности стенок стабилизаторов. Подача газа на горение осущест- вляется проникновением в сносящий поток воздуха че- рез систему газоподающих отверстий на боковых по- верхностях стабилизаторов пламени. Эшелонирование решеток выполняется за счет смещения стабилизаторов ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №3 19 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ друг относительно друга вдоль потока на некоторую по- стоянную величину – шаг смещения Lсм (рис. 1). Математическая модель, описывающая процессы течения и смесеобразования в рассматриваемом горе- лочном устройстве, включает в себя следующие диффе- ренциальные уравнения: уравнение неразрывности   0      j j x U t  , j = 1,2,3, (1) уравнения движения       j ji ij ij i xx P x UU U t              , i =1,2,3, (2) уравнения сохранения массы компонентов смеси   j K T T Kjj jKK xScScxx U t                   , К= 1,2,…N-1. (3) В представленной модели суммирование произво- дится по повторяющемуся индексу j. Граничные условия к системе уравнений (1) – (3) задавались следующим образом: во входных сечениях принимались постоянные значения скорости и степени турбулентности потока, в выходных сечениях – мягкие граничные условия; на твердых границах задавались ус- ловия прилипания для скорости и равенство нулю пер- вых производных по нормали к этим поверхностям от концентрации компонентов смеси. Решение поставленной задачи проводилось на ос- нове DDES подхода, который является комбинацией URANS и LES моделей и объединяет их лучшие свой- ства. По результатам верификации модели турбулентно- го переноса для указанного подхода была выбрана k-e realilzable модель турбулентности. 4. Изложение основного материала На рис. 2 – 4 и в табл. 1 представлены характер- ные результаты выполненных численных исследо- ваний, отвечающие следующим исходным данным: в вхU = 6,8 м/с; г вхU = 24 м/с; Lп = 0,2 м; Lст = 0,215 м; Lк = 1,5 м; H = 0,075 м; Вк = 0,225 м; Вст = 0,03 м; Lсм = 0,06 м; L0 = 0,02 м; d = 0,0045 м; S/d = 3,55, в вхТu = г вхТu = 5%. 4.1. Структура изотермического течения топлива и окислителя В табл. 1 приведены средние значения продольной составляющей скорости хU в каналах неэшелониро- ванной и рассматриваемых эшелонированных решеток стабилизаторов пламени. Как видно, при подковообраз- ном расположении стабилизаторов пламени скорости в межстабилизаторных каналах оказываются более высо- кими, а в пристеночных каналах – несколько ниже, чем при установке торцов стабилизаторов в одной плоско- сти. В случае же лестнично эшелонированной решетки значения хU увеличиваются в сравнении с неэшелони- рованной решеткой в каналах, прилежащих к первому по потоку стабилизатору, и уменьшаются в остальных каналах. Так, если в случае подковообразной решетки стабилизаторов пламени средние скорости в межстаби- лизаторном и пристеночном канале отличаются пример- но на 19 %, то в неэшелонированной решетке это отли- чие составляет лишь 4,5 %. Рис. 2. Поля продольной составляющей вектора скорости в продольном сечении, проходящем через центры газоподающих отверстий, для подковообразной (а), лестничной (б) и неэшелонированной (в) решеток стабилизаторов пламени. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №320 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Рис. 3. Поля среднеквадратичных значений пульсаций скорости U  в сечении, проходящем через центры газоподающих отверстий, для подковообразной (а), лестничной (б) и неэшелонированной (в) решеток стабилизаторов пламени. При лестничном эшелонировании стабилизаторов расхождение скоростей в верхнем и нижнем пристеноч- ном каналах достигает 18 %, а в неэшелонированнной решетке эти скорости оказываются одинаковыми. Приведенные в табл. 1 данные свидетельствуют также о том, что отклонения значений скорости хU в каналах эшелонированных решеток от их величин при отсутствии эшелонирования имеют общие особенно- сти для подковообразного и лестничного расположения стабилизаторов. А именно, в обеих ситуациях значения хU увеличиваются в каналах, прилежащих к первому по потоку стабилизатору, и уменьшаются в остальных каналах. То есть в каналах эшелонированных решеток происходит определенное перераспределение расходов воздуха в сравнении с условиями, когда такое эшелони- рование отсутствует. На рис. 3 представлены поля среднеквадратичных пульсаций скорости U  в сечении, проходящем через центры газоподающих отверстий. Из сопоставления данных на рис. 3, а), б), в) следует, что при подковоо- бразном и лестничном расположении стабилизаторов, а также при установке их торцов в одной плоскости наи- большие значения пульсаций скорости U  наблюдаются за срывной кромкой каждого из стабилизаторов. Однако, при этом поля пульсаций для рассматриваемых эшело- нированных и неэшелонированной решеток отличаются весьма существенно в качественном и количественном отношении. Так, в случае неэшелонированных реше- ток картины полей пульсаций близки за всеми стаби- лизаторами, а при их эшелонированном расположении существенно различны для разных стабилизаторов. А именно, как в случае подковообразно, так и лестнично эшелонированной решетки, за первым по потоку стаби- лизатором (центральным для подковообразного распо- ложения стабилизаторов и нижним периферийным для их лестничного расположения) уровни пульсаций ско- рости хU значительно выше, чем за остальными ста- билизаторами. При этом данные уровни за указанным первым стабилизатором близки к таковым в условиях отсутствия эшелонирования. То есть в целом турбули- зация потока за решеткой стабилизаторов оказывается более существенной в случае расположения торцов ста- билизаторов в одной плоскости. Что касается потерь давления в горелочном устрой- стве с подковообразно эшелонированной решеткой, то они оказываются весьма близкими к таковым при лест- ничном эшелонировании стабилизаторов и составляют 39,5 Па. Эти потери несколько меньше по величине по сравнению с ситуацией, отвечающей неэшелонирован- ной решетке. Здесь данные потери равны 43,0 Па. По- следнее обусловлено, в частности, большей турбулиза- цией потока в закормовых областях стабилизаторов при расположении их торцов в одной плоскости. 4.2. Смесеобразование топливного газа и воздуха На рис. 4 представлены поля массовых концентра- ций метана в продольных сечениях горелочного устрой- ства для решетки с подковообразным, лестничным эшелонированием стабилизаторов пламени и при рас- положении их торцов в одной плоскости. Здесь зоны I и II отвечают подобластям с повышенным содержанием воздуха и топлива соответственно. В первой зоне мас- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №3 21 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ совая концентрация метана меньше нижнего концентра- ционного предела воспламенения с < 0,028, а во второй зоне превышает верхний концентрационный предел с > 0,089. В зоне III величина с находится в концентра- ционных пределах воспламенения. Как видно, картины смешения топлива и окис- лителя, относящиеся к разным схемам расположения стабилизаторов пламени в решетке, качественно весь- ма сходны. А именно, области развития газовых струй соответствуют зонам II с повышенным содержанием газа. В межстабилизаторном пространстве и несколько ниже по потоку за пределами указанных зон имеют ме- сто подобласти I с повышенным содержанием воздуха. В зонах циркуляционного течения за стабилизаторами и в их ближнем следе обеспечиваются требуемые концен- трационные пределы горючей смеси. Наряду с отмеченными общими для трех рассма- триваемых стабилизаторных решеток закономерностя- ми смесеобразования наблюдается также и определен- ные особенности, характерные для каждой из них. При этом картина смесеобразования в большой мере опреде- ляется спецификой структуры течения топлива и окис- лителя. Тип решетки Скорости хU в каналах, м/с I II III IV подковообразно эшелонированная 10,09 11,97 11,97 10,09 лестнично эшелонированная 11,5 12,18 11,18 9,76 неэшелонированная 11,0 11,5 11,5 11,0 Табл. 1. Средние значения продольной составляющей скорости хU в каналах неэшелонированной и эшелонированных решеток стабилизаторов пламени. Рис. 4. Поля массовых концентраций метана в продольном сечении, проходящем через центры газоподающих отверстий, для решетки с подковообразным (а), лестничным (б) и неэшелонированным (в) расположением стабилизаторов пламени. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №322 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В случае решетки с подковообразным расположени- ем стабилизаторов пламени поле концентраций метана, как и поле скоростей, является практически симметрич- ным относительно оси канала. Уровень концентрации метана в зоне обратных токов за центральным, первым по потоку стабилизатором, превышает соответствую- щие уровни за периферийными стабилизаторами. Это объясняется большими, чем при неэшелонированном расположении стабилизаторов расходами воздуха в межстабилизаторных каналах и соответственно мень- шей дальнобойностью струй центрального стабилиза- тора. Такое прижатие струй к стабилизатору и обуслав- ливает более высокие уровни концентраций метана в зоне обратных токов за центральным стабилизатором. При удалении от стабилизаторов вниз по потоку картина существенно меняется. Здесь, напротив, наи- меньшие концентрации метана отвечают центральному стабилизатору. Это обстоятельство также обусловле- но указанным повышением расходов воздуха в меж- стабилизаторных каналах. Что касается решетки с лестничным расположени- ем стабилизаторов пламени, то здесь закономерности смесеобразования оказываются различными для каждо- го из трех стабилизаторов. Так, имеют место заметные отличия в полях концентрации метана непосредствен- но за стабилизаторами. Здесь указанные уровни концен- трации в целом являются наиболее высокими за первым по потоку стабилизатором, более низкими – за вторым, и наименьшими – за третьим. Данное обстоятельство, как очевидно, обусловлено описанным выше перерас- пределением расходов в каналах стабилизаторной ре- шетки. Действительно, с большими расходами воздуха и соответственно с его большими скоростями в нижней части стабилизаторной решетки связана меньшая даль- нобойность струй газа в этой зоне. Последнее, в свою очередь, и обусловливает более высокую концентрацию метана непосредственно за стабилизатором. Что же касается полей концентраций метана, на не- котором удалении от стабилизаторов вниз по потоку, то здесь наблюдается обратная картина. Тоесть концентра- ция метана за первым по потоку стабилизатором являет- ся наименьшей, несколько большей – за вторым, и наи- большей – за третьим. Это непосредственно связано с большими расходами воздуха в нижней части лестнич- но эшелонированной решетки. Из сопоставления данных на рис. 4 а), б), в) также следует, что зоны с повышенным содержанием воздуха в межстабилизаторных каналах и ниже по потоку ока- зываются более протяженными для неэшелонирован- ной решетки стабилизаторов. Это связано с тем, что в последнем случае имеет место значительное локальное ускорение воздушного потока ввиду внедрения струй газа, симметрично стесняющих данный поток. При эшелонированном же расположении стабилизаторов струи газа смещены друг относительно друга по тече- нию, ввиду чего локальное ускорение воздушного по- тока является менее существенным и, соответственно, указанные зоны с повышенным содержанием воздуха заметно короче. Выводы 1. Для горелочных устройств с подковообразным и лестничным эшелонированием плоских стабилизаторов пламени на основе CFD моделирования установлены закономерности течения и смесеобразования топлива и окислителя. 2. Получены данные сравнительного анализа кар- тины течения и смесеобразования в случае рассматри- ваемых конструктивных схем эшелонирования и его отсутствия. Показано, что при эшелонированном рас- положении стабилизаторов пламени в сопоставлении с условиями размещения их торцов в одной плоскости: а) картина течения топлива и окислителя обладает такими основными особенностями: - имеет место перераспределение расходов воздуха в каналах эшелонированных решеток, так что данные расходы увеличиваются в каналах, прилежащих к пер- вому по потоку стабилизатору, и уменьшаются в осталь- ных; - наблюдается в целом более низкий уровень турбу- лизации потока в закормовых областях стабилизаторов пламени и соответственно несколько меньшие потери давления в горелочном устройстве; б) смесеобразование топливного газа и окислителя характеризуется следующей спецификой: - в зонах обратных токов в приторцевых областях стабилизаторов пламени концентрации метана при под- ковообразном расположении стабилизаторов оказыва- ются более высокими за центральным стабилизатором, а при их лестничном расположении – за первым по по- току, заметно превышая соответствующие уровни за вторым стабилизатором и существенно превосходя их за третьим последним вдоль потока; - на некотором удалении от стабилизаторной ре- шетки вдоль по потоку для двух рассматриваемых кон- структивных схем эшелонирования картина полей кон- центраций является обратной той, которая имеет место в непосредственной близости от решетки. ЛИТЕРАТУРА 1. Фиалко Н.М., Шеренковский Ю.В., Прокопов В.Г., Полозенко Н.П., Меранова Н.О., Алешко С.А., Иваненко Г.В., Юрчук В.Л., Милко Е.И., Ольховская Н.Н. Моделирование структуры течения в эшелонированных решетках стабилизаторов при варьировании шага их смещения // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2015. – Т.2, №8 (74). – С. 29–34. 2. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Бутовский Л.С., Шеренковский Ю.В., Алешко С.А., Меранова Н.О., По- лозенко Н.П. Особенности течения топлива и окислите- ля при эшелонированном расположении стабилизаторов пламени // Промышленная теплотехника. – 2011. – №2. – С. 59–64. 3. Шеренковский Ю.В., Фиалко Н.М., Мерано- ва Н.О., Полозенко Н.П., Алешко С.А., Малецкая О.Е. Закономерности течения и смесеобразования в горе- лочных устройствах с гребенчато эшелонированными стабилизаторными решетками // Тезисы ІХ междуна- родной конференции «Проблемы промышленной теп- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №3 23 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ лотехники», Киев 20–23 октября 2015г. – Киев, 2015. – Т.37, №7. – С. 31. 4. Прокопов В.Г., Шеренковский Ю.В., Фиалко Н.М., Полозенко Н.П., Алешко С.А., Милко Е.И. Влияние конструктивных и режимных параметров на структуру течения в горелочных устройствах при лестнично эше- лонированном расположении стабилизаторов пламени // Тезисы ІХ международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники», Киев 20–23 октября 2015г. – Киев, 2015. – Т.37, №7. – С. 39. 5. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В., Бородачев В.Я., Волынский М.С., Прудников А.Г. Физи- ческие основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушнореактивных двигателей. – М.: Машинострое- ние, 1964. – 526 с. 6. Фиалко Н.М., Шеренковский Ю.В., Прокопов В.Г., Полозенко Н.П., Меранова Н.О., Алешко С.А., Милко Е.И., Озеров А.А., Кутняк О.Н., Швецова Л.А., Абдулин М.З. Влияние на характеристики течения сте- пени загромождения эшелонированными стабилизато- рами каналов горелочных устройств // Науковий вісник НУБіП України. – 2015. – 209, Ч.2. – С. 45-53. 7. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Бутовский Л.С., Шеренковский Ю.В., Меранова Н.О., Алешко С.А., Ко- ханенко П.С., Полозенко Н.П. Моделирование структу- ры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени // Промыш- ленная теплотехника. – 2010. – № 6. – С. 28–36. 8. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренковский Ю.В., Алешко С.А., Полозенко Н.П., Бутовский Л.С., Абдулин М.З., Клищ А.В., Новицкий В.С., Евтушенко А.А. Законо- мерности смесеобразования в эшелонированных решет- ках плоских стабилизаторов пламени // Науковий вісник НЛТУ України. – 2014. – Вип. 24.7 – С. 187–191. 9. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренковский Ю.В., Меранова Н.О., Алешко С.А., Майсон Н.В., Полозенко Н.П., Степанова А.И. CFD моделирование температурных полей в горелочных устройствах с эше- лонированным расположением стабилизаторов пламе- ни // Технологические системы. – 2016, №2, – С.92-99 10. Фиалко Н.М, Прокопов В.Г., Шеренковский Ю.В., Алешко С.А., Полозенко Н.П., Меранова Н.О., Бутовский Л.С., Абдулин М.З. Закономерности фор- мирования температурных полей продуктов горения // Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергети- ки: сборник трудов. – Киев, 2015. – С. 110–113. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №324 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ №7, P. 31. (Rus.) 4. Prokopov V.G., Sherenkovskyi Yu.V., Fialko N.M., Polozenko N.P., Aleshko S.A., Milko E.I. Influence of constructive and regime parameters on flow structure in burner devices with staircase echeloned displacement of flame stabilizers, Abstracts of the IX International Conference "Problems of Industrial Heat Engineering", Kiev, October 20-23, 2015, Kiev, 2015, V.37, №7, P. 39. (Rus.) 5. Rauschenbach B.V., Belyi S.A., Bespalov I.V., Borodachev V.Ya., Volynsky M.S., Prudnikov A.G. Physical basis of the working process in combustion chambers of air- breathing engines, Moscow, Mashinostroenie, 1964, 526 p. (Rus.) 6. Fialko N.M., Sherenkovskyi Yu.V., Prokopov V.G., Polozenko N.P., Meranova N.O., Aleshko S.A., Milko E.I., Ozerov A.A., Kutnyak O.N., Shvetsova L.A., Abdulin M.Z. Influence degree of cluttering by echeloning stabilizers of burner devices channels on the characteristics of the flow, Scientific Journal NLTU Ukraine., 2015, № 209, Part 2, P. 45-53. (Rus.) 7. Fialko N.M., Prokopov V.G., Butovskiy L.S., Sherenkovskyi Yu.V., Meranova N.O., Aleshko S.A., Kokhanenko P.S., Polozenko N.P. Simulation of the flow structure of an isothermal flow in the echeloned grating of flat flame stabilizers, Industrial heat engineering, 2010, № 6, P. 28-36. (Rus.) 8. Fialko N.M., Prokopov V.G., Sherenkovskyi Yu.V., Aleshko S.A., Polozenko N.P., Butovskiy L.S., Abdulin M.Z., Klisch A.V., Novitsky V.S., Evtushenko A.A. Regularities of the mixture formation in the echeloning grating of flat flame stabilizers, Scientific Journal NLTU Ukraine., 2014, № 24.7, P. 187-191. (Rus.) 9. Fialko N.M., Prokopov V.G., Sherenkovskyi Yu.V., Meranova N.O., Aleshko S.A., Mayson N.V., Polozenko N.P., Stepanova A.I. CFD modeling of temperature fields in burner devices with echeloning arrangement of flame stabilizers, Technological Systems, 2016, № 2, P.92-99. (Rus.) 10. Fialko N.M., Prokopov V.G., Sherenkovskyi Yu.V., Aleshko S.A., Polozenko N.P., Meranova N.O., Butovskiy L.S., Abdulin M.Z. Regularities in the formation of temperature fields of combustion products, Problems of ecology and operation of energy facilities: a collection of works, Kiev, 2015, P. 110-113. (Rus.) Получено 05.06.2017 Received 05.06.2017 MODELING OF FLOW AND MIXTURE FORMATION OF FUEL AND OXIDANT IN BURNERS WITH HORSESHOE-SHAPED AND STAIRCASE ECHELONING OF FLAME STABILIZERS Fialko N.M., Meranova N.O., Rokyt'ko K.V., Aleshko S.A. Institute of Engineering Thermophysics, National Academy of Sciences of Ukraine, 2а, Zhelyabova str., Kyiv, 03057, Ukraine The data CFD predicting of the structure of the isothermal flow and the regularities of the fuel and oxidant mixture formation in burners with different constructional schemes of the echeloning of flame stabilizers are presented. The results of a comparative analysis of flow characteristics and mixture formation in the presence and absence of the indicated echeloning are given. Particular attention is paid to the peculiarities of redistribution of air flowrate in the channels of the echeloned stabilizing gratings. The characteristics of the mixture formation in the aspect of their conditionality by the specificity of the flow of fuel and oxidant are considered. References 10, fig-ures 4, tables 1, Key words: Flow, mixture formation, horseshoe shaped and staircase echeloning, burners, mathe-matical modeling. 1. Fialko N.M., Sherenkovskyi Yu.V., Prokopov V.G., Polozenko N.P., Meranova N.O., Aleshko S.A., Ivanenko G.V., Yurchuk V.L., Milko E.I., Olkhovskaya N.N. Modeling of the flow structure in the echeloning gratings of stabilizers with a variation in the step of their displacement . East-European Journal of Advanced Technologies, 2015, V.2, №8 (74), P. 29-34. (Rus.) 2. Fialko N.M., Prokopov V.G., Butovskiy L.S., Sherenkovskyi Yu.V., Aleshko S.A., Meranova N.O., Polozenko N.P. Features of the flow of fuel and oxidizer in the echeloning location of flame stabilizers, Industrial Heat Engineering, 2011, №2, P. 59-64. (Rus.) 3. Sherenkovskyi Yu.V., Fialko N.M., Meranova N.O., Polozenko N.P., Aleshko S.A., Maletskaya O.E. Regularities of flow and mixture formation in burners with comb shaped echeloning stabilizer gratings, Abstracts of the IX International Conference "Problems of Industrial Heat Engineering", Kiev, October 20-23, 2015, Kiev, 2015, V.37,

Схожі ресурси