Закономірності течії в прямокутних кільцевих нішах циліндричних стабілізаторних пальників різної потужності

Автор(и)

  • Н. М. Фіалко
  • М. В. Майсон
  • М. З. Абдулін
  • М. В. Ганжа
  • К. В. Рокитько
  • А. А. Озеров
  • Д. П. Хміль

Анотація

UDC 662.61:621

FLOW PATTERN IN RECTANGULAR ANNULAR CAVITIES OF CYLINDRICAL STABILIZER BURNERS OF VARIOUS CAPACITY

 

Fialko N.M.1, doct.techn. sciences, Corr. NAS, Maison M.V.1, Abdulin M.Z.2, PhD. techn. sciences, Ganzha M.V., Rokitko K.V.1, Ozerov A.A.1, Khmil D.P.3

 

1 Institute of Engineering Thermophysics of NASU, Kyiv, Ukraine

2 National Technical University of Ukraine "KPI", Kyiv, Ukraine

3 National Aviation University, Kyiv, Ukraine

 

Topicality. One of the ways of intensification of gaseous fuel burning in stabilizer burners is the use of different configurations cavities. A lot of works are devoted to the investigation of heat transfer and flow in these cavities. However, they do not fully address the needs of design practice of stabilizer type niche burners. In particular, the study of problems related to the choice of rational cavities parameters with view of shapes and sizes features of flame stabilizers has considerable interest.

This work aims to study of flow patter in cylindrical stabilizer burners with rectangular ring niches. It is known such burners are widely used both in terms of low power fire technical objects, and if necessary the heat supply implementation with a high degree of uniformity in this objects.

Problem statement. In this work the mathematical modeling of flow for series of the niche cylindrical stabilizer burners with capacity from 30 to 200 kW are carried out. In the investigated burners the principle of partial pre-mixing of fuel and oxidizer are implemented when nonhomogeneous fuel mixture enters in the combustion zone. Natural gas is fed into the air cross-flow, through round holes in the side wall of the cylindrical flame stabilizer. The rectangular ring niche is at some distance downstream from gas supply holes.

Purpose. Investigation of the structure of fuel and oxidizer flow in rectangular ring niche cavities of burners with cylindrical flame stabilizers.

Methodology. Patterns of turbulent transport processes in considered stabilizer type burners are studied under RANS modeling of turbulent flows.

Computation domain was the burner devices corner piece, corresponding to half the angular step of gas supply holes location. Regarding the boundary conditions, in the burner inlet section and outlet sections of gas supply holes value of the average flow velocity, turbulence intensity, hydraulic radius, temperature and mass fraction of the mixture components were set; in the outlet boundary – values of the first derivatives towards the normal of dependent variables were taken to be zero; on the computational domain boundaries corresponding to the hydrodynamic symmetry surfaces normal component of surface velocity and the normal first derivative of the dependent variables are set to be zero; no-slip conditions were provided on solid surfaces. In the near wall grid nodes unknown quantities determined on the basis of wall functions.

Results. The data of computer modeling of flow pattern of fuel and oxidizer in the burners with power Nb = 30; 110; 155 and 200 kW in the presence of niche cavity with size LxH = 0,03x0,006 m are presented. Under this conditions for all the burners length a primary vortex in the niche appears noticeably shorter than its length. In this case, the less power Nb, the less marked extent. As for the location of the primary vortex in the cavity of a niche, it is for all values Nb shifted to the front wall of the niche. Vortex flow zone near the back niche walls with increasing power Nb is more pronounced and moves from bottom niche wall to niche edge.

For effective mixing and flame stabilization in a niche area the primary vortex should take the bulk of the niche space, and therefore its length should not differ significantly from the cavity length L. According to the received results niche length L = 0,03 m under the considered conditions does not meet the requirements. Niche cavity length, obviously, should be shorter, slightly increasing with increasing power Nb.

As the result of computer studies the recommended values of absolute and relative lengths ring rectangular niches (  = L/H) are obtained. In the investigated circumstances for burners with power N = 30; 110; 155 and 200 kW, the recommended values of niche relative lengths constitute 3,0; 3,5; 3,75; 4,0, respectively. According to the mathematical modeling for niche recommended specified lengths for all values of power Nb primary vortex extent in niche cavity is only slightly less than its length, so that the vortex covers the bulk of this space. The latter is one of the important conditions of favorable mixing and flame stabilization in a niche.

Посилання

Дьяченко А. Ю. Обтекание турбулентным потоком поперечной каверны с наклонными боковыми стенками. Ч. 1. Структура потока / А. Ю. Дьяченко, В. ?. Терехов, Н. ?. Ярыгина // Прикладная механика и техническая физика. – 2006. – Т. 47, № 5. – С. 68–76.

Дьяченко А. Ю. Обтекание турбулентным потоком поперечной каверны с наклонными боковыми стенками. 2. Теплообмен. / А. Ю. Дьяченко, В. ?. Терехов, Н. ?. Ярыгина // Прикладная механика и техническая физика. – 2007. – Т. 48, № 4. – С. 23–29.

Фиалко Н. М. Анализ влияния геометрической формы нишевой полости на аэродинамическое сопротивление канала / Фиалко Н. М., Прокопов В. Г., Алешко С. А. [и др.] // Промышленная теплотехника. – 2012 – Т. 34, № 1. – С. 72–76.

Фиалко Н. М. Математическое моделирование взаимодействия вихревых структур в прямоугольной нише / Н. М. Фиалко, Г. В. ?ваненко, В. Г. Прокопов [и др.] // Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики : материалы ХХII межд. конференции, Ялта 8–12 июня 2012 г. – К., 2012. – С. 148–150.

Фиалко Н. М. Математическое моделирование процессов течения и смесеобразования в цилиндрическом стабилизаторном горелочном устройстве / Фиалко Н. М., Шеренковский Ю. В., Майсон Н. В. [и др.] // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2014. – Т. 3, № 8 (69). – С. 40–44.

Фіалко Н. М. Підвищення інтенсивності процесів переносу в циліндричному стабілізаторному пальнику шляхом застосування прямокутних кільцевих ніш / Н. М. Фіалко, Ю. В. Шеренковський, М. В. Майсон [та ін.] // Сб. трудов «Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики». – К., 2014. – С. 122–125.

Blanquart, G. Modeling autoignition in non-premixed turbulent combustion using a stochastic flamelet approach / G. Blanquart, H. Pitsch // Proc. Combust. Inst. – 2005. – Vol. 30. – P. 2745–2753.

Echekki Tarek, Mastorakos Epaminondas Turbulent Combustion Modeling: Advances, New Trends and Perspectives. Fluid mechanics and its applications, Volume 95, 2011, 513 p.

Subramanian, V. Large eddy simulation of forced ignition of an annular bluff-body burner [Text] / V. Subramanian, P. Domingo, L. Vervisch // Combustion and Flame. – 2010. – Vol. 157. – P. 579–601.

Triantafyllidis, A. Large Eddy Simulations of forced ignition of a non-premixed bluff-body methane flame with Conditional Moment Closure [Text] / A. Triantafyllidis, E. Mastorakos, R. L. G. M. Eggels // Combustion and Flame. – 2009. – Vol. 156. – P. 2328–2345.

Westbrook, C. K. Computational combustion / C. K. Westbrook, Y. Mizobuchi, T. J. Poinsot, P. J. Smith, J. Warantz // Proc. Combust. Inst. – 2005.– Vol. 30. – P. 125–157.

Завантаження

Опубліковано

2017-02-16

Номер

№ 240 (2016)

Розділ

Статті

Ліцензія

Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).