Численное моделирование слоевого горения двухфазной системы «горючая жидкость – твердое топливо»

Abstract

В связи c актуальностью вопросов совершенствования сжигания многокомпонентного и нестандартного топлива, а также для решения ряда экологических задач требуются исследования горения сложных гетерогенных, в частности двухфазных, систем типа «горючая жидкость – твердое топливо». Численно исследуются количественные и качественные особенности горения двух модельных топливных систем, условно соответствующих смесям «опилки – нефть» и «щепа – нефть». Особенностью данных систем является подвижность жидкой фазы, увлекаемой газовым потоком в пористой среде. Рассматривается одномерная плоская задача слоевого горения с поджигом с нижней и верхней сторон слоя. Показано, что для системы с мелкодисперсной твердой фазой (опилки), в силу низкой проницаемости для газов, скорость воздушного дутья относительно невысока, что обусловливает медленное формирование температурного фронта (характерное время – несколько десятков минут). В случае крупнодисперсной твердой фазы (щепа) расход воздуха больше и соответствующее время формирования температурных фронтов меньше (несколько минут). Как для случая мелко-, так и крупнодисперсной твердой фазы при поджиге снизу жидкофазный горючий компонент эвакуируется газовым потоком из горячей зоны раньше, чем формируется фронт горения. Поэтому основные закономерности динамики температурного фронта соответствуют «сухой» горючей системе. При поджиге сверху за время порядка 100 с (при использованных значениях параметров) формируется волна прогрева, распространяющаяся сверху вниз по слою и сопровождающаяся частичным окислением твердого горючего компонента при полном расходовании окислителя. Скорость распространения фронта горения в моделируемых условиях мало отличается при поджиге снизу и сверху. Однако время установления квазистационарной скорости фронта на начальном этапе значительно меньше при поджиге снизу. Результаты, полученные авторами, могут быть использованы для оптимизации слоевого сжигания многофазных топлив, режимных параметров метода внутрипластового горения при нефтедобыче, а также при исследовании ряда химических технологий.