DEVELOPMENT OF COMPUTER SYSTEMS FOR PREDICTIVE MODELING OF COMBUSTION PROCESSES OF MULTIFRACTIONAL FUELS IN OXIDANT FLOWS
Abstract
The article describes the development of physical and mathematical models allowing considering the effect of multiphase fuel (liquid hydrocarbon + solid combustible material) on the conditions of ignition and modes of combustion propagation in polydisperse nonhomogeneous mixtures. In this case, the combustion of different droplet fractions occurs in different modes: the volatile fraction evaporates and burns in the gas-phase mode, and the solid fuel fraction is reactive with the oxidizer in the heterogeneous mode. The effect of the presence of a solid fraction in droplets reacting in a heterogeneous mode on the evaporation rate of the volatile fuel component is studied. The effect of tightness on the evaporation rate of each drop due to the presence of other drops is taken into account. The results of computational modeling of flame propagation during ignition of the polydisperse mixture of liquid hydrocarbon fuel droplets with solid fine carbon particles are presented.
About the Authors
V. F. Nikitin
System Research Institute, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
e-mail: vfnikster@gmail.com
Russian Federation
e-mail: vfnikster@gmail.com
V. V. Tyurenkova
Lomonosov Moscow State University
Russian Federation
e-mail: tyurenkova.v.v@yandex.ru
Russian Federation
e-mail: tyurenkova.v.v@yandex.ru
M. N. Smirnova
Lomonosov Moscow State University
Russian Federation
e-mail: wonrims@inbox.ru
Russian Federation
e-mail: wonrims@inbox.ru
References
1. Михельсон В. А. О нормальной скорости воспламенения гремучих газовых смесей // Учен. записки Император. Моск. ун-та. отд. физ.-мат. наук 1893. Вып. 10. С. 1–92.
2. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. М. : Мир, 1968. 592 с.
3. Зельдович Я. Б. Франк-Каменецкий Д. А. Теория теплового распространения пламени // Журн. физ. химии. 1938. 12. Вып. 1. С. 100–105.
4. Hirschfelder J. D., Curtiss C. F., Campbell D. E. The theory off lame propagation // J. Phys. Chem. 1953. № 57. 4. P. 403–414.
5. Зельдович Я. Б., Франк-Каменецкий Д. А. К теории равномерного распространения пламени // Докл. АН СССР. 1938. Т. 19. С. 693–695.
6. Зельдович Я. Б. Теория горения и детонации газов. Л. : Изд-во АН СССР, 1944. 70 с.
7. Хитрин Л. Н. Физика горения газов. М. : Изд-во МГУ, 1957. 452 с.
8. Вайнштейн П. Б., Нигматулин Р. И. К теории распространения пламени в смеси газа и капель // Приклад. механика и технич. физика 1973. № 4. С. 101–108.
9. Вильямс Ф. А. Теория горения. М. : Наука,1971. 616 с.
10. Озеров Е. С. Основы теории горения газодисперсных систем. Л. : ЛПИ, 1980. 69 с.
11. Ярин Л. П., Сухов Г. С. Основы теории горения двухфазных сред. Л. : Энергоато-миздат, 1987. 240 с.
12. Law C. K. Resent advances in droplet vaporization and combustion // Prog. Energy Comb. Sci. 1982. № 8. Р. 171–202.
13. Sirignano W. A. Fuel droplet vaporization and spray combustion // Prog. Energy Comb. Sci. 1983. № 9. Р. 291–322.
14. Faeth G. M. Evaporization and combustion of s prays // Prog. Energy Comb. Sci. 1983. № 9. Р. 1–76.
15. Burgoyne J. H., Cohen L. The effect of drop size on flame propagation in liquid aerosol // Proc. Roy. Soc. 1954. A 225. Р. 357–392.
16. Kikucyi K., Otomo Y., Sitzki L., Maruta K., Kobays hi H., Nioka T., Sakuraya T. Flame propagation characteristics of n-decane spray in microgravity // Drop tower days 1998 in Hokkaido. International workshop on short-term experiments under strongly reduced gravity condi-tions. October 11–14, 1998. Р. 82–84.
17. Smirnov N. N., Pushkin V. N., Dushin V. R., Kulchitskiy A. V. Microgravity investiga-tion of laminar flame propagation in monodisperse gas-droplet mixtures // Acta Astronautica. 2007. Vol. 61. P. 626–636.
18. Nikitin V. F., Smirnov N. N., Nerchenko V. A., Andreini P., Manzini G.. Water droplet non – equilibrium interaction with heated atmosphere // La Termotecnica. 2011. № 1. Р. 67–71.
19. Dushin V. R., Kulchitskiy A. V., Nerchenko V. A., Nikitin V. F., Osadchaya E. S., Phylippov Yu. G., Smirnov N. N. Mathematical simulation for non-equilibrium droplet evaporation // Acta Astronautica. 2008. Vol. 63. Р. 11–12.
20. Betelin V. B., Nikitin V. F., Dushin V. R., Kushnirenko A. G., Nerchenko V. A., Evap-oration and ignition of droplets in combustion chambers modeling and simulation // Acta Astro-nautica. 2012. Vol. 70. P. 23–35.
21. Гендугов В. М., Смирнов Н. Н., Тюренкова В. В. Решение задачи диффузионного горения капли с учетом протекания нескольких независимых реакций // Физика горения и взрыва. 2013. № 6. С. 31–40.
22. Tyurenkova V. V. Non-equilibrium diffusion combustion of a fuel droplet // Acta As-tronautica. 2012. № 75. Р. 78–84.
23. Tyurenkova V. V., Smirnov N. N., Guendugov V. M. Analytical solution for a single droplet diffusion combustion problem accounting for several chain reaction stages // Actra Astro-nautica. 2013. № 83. Р. 208–215.
24. Смирнов Н. Н., Зверев И. Н. Гетерогенное горение. М. : Изд. Моск. ун-та, 1992. 446 с
Review
For citations:
Nikitin V.F., Tyurenkova V.V., Smirnova M.N. DEVELOPMENT OF COMPUTER SYSTEMS FOR PREDICTIVE MODELING OF COMBUSTION PROCESSES OF MULTIFRACTIONAL FUELS IN OXIDANT FLOWS. Proceedings in Cybernetics. 2018;(4 (32)):38-51. (In Russ.)
Views:
150
Email this article 