Компьютерное моделирование процесса образования продуктов реакции при сжигании жидких топлив

В настоящее время более 80 % всей производимой в мире энергии вырабатывается за счет сжигания органического топлива. Другие источники энергии: ядерная энергетика, гидроэнергетика, солнечные и ветряные электростанции — в ближайшие десятилетия не смогут конкурировать с традиционными способами. Ограниченность ресурсов ископаемого топлива диктует необходимость поиска более экономичных способов его сжигания, а масштабы промышленного производства таковы, что проблема образования вредных веществ при горении выходит на первый план. Исследование данной задачи является очень актуальным, поскольку в городах Казахстана атмосферный воздух ежедневно загрязняется вредными ингредиентами. В 19 городах Республики Казахстан явно обозначилась тенденция к возникновению «парникового эффекта», поскольку содержание углекислого газа (двуокиси углерода) за последние 5 лет составило 1,5 мг в 1 м3 воздуха. Известно, что увеличение концентрации в атмосфере углекислого газа до уровня 1-2 % и более, сопровождающееся повышением температуры окружающей среды, могло бы нанести вред всему живому на планете.

В работе представлены результаты компьютерного моделирования горения бензина, гептана и тетрадекана с оптимальным значением впрыскиваемой массы 16 мг, полученной в работе для цилиндрической камеры сгорания с радиусом 2 см и высотой 15 см. Жидкое топливо впрыскивается в камеру сгорания через круглое сопло, расположен­ное в центре нижней части камеры. После впрыска происходит быстрое испарение топлива, и сгорание осуществляется в газовой фазе.

Распределение концентрации Н2О при впрыскивании жидких топлив. Анализ данного распределения показывает, что чем больше молярная масса топлива, тем на большую высоту поднимаются концентрация Н2О. Прослеживается тенденция к увеличению концентрации воды с увеличением молярной массы впрыскиваемого топлива.

Большая часть углекислого газа образовалась в начальной области камеры, а далее концентрация резко снижается. На выходе из камеры значение концентрации двуокиси углерода очень мало. При впрыскивании гептана, значение концентрации углекислого газа меньше, чем для других случаев, т.е. сжигание гептана в камере сгорания с массой 16 мг имеет наиболее выгодные условия для уменьшения отрицательного воздействия его на окружающую среду.

В работе было проведено численное моделирование образования продуктов реакции при сжигании различных жидких топлив, рассмотрена общая модель химической реакции, учитывающая образование двуокиси углерода и воды при горении жидких топлив. В результате проведенных вычислительных экспериментов было выяснено, что из трех рассматриваемых вариантов наиболее оптимальным для данной впрыскиваемой массы топлива и при данных начальных условиях является использование гептана в качестве жидкого топлива, поскольку при его горении в камерах сгорания образуется небольшое количество воды и наименьшая концентрация углекислого газа. Однако следует заметить, что при этом камера сгорания прогревается с минимальным значением температуры по сравнению с другими представленными в данной работе видами жидких топлив.

Полученные результаты позволяют выбрать оптимальные методы организации процесса горения жидких топлив с целью уменьшения отрицательного воздействия его на окружающую среду.

Дата публикации: 12.03.2012

Похожие записи:

• Новые принципы создания тепловых генераторов на основе методов импульсного сжигания углеводородов непосредственно в водном теплоносителе
• Котел-утилизатор твердых бытовых отходов с рециркуляцией дымовых газов как способа сокращения вредных выбросов
• Электроснабжение летней дойки от микрогэс
• Моделирование установившихся режимов в сетях с импульсными преобразователями
• Особенности передачи технологическом информации по силовым высоковольтным линиям
• Диагностика электроэнергетического оборудования с помощью анализа регистрируемого электромагнитного излучения