Год издания: 2019
Ключевые слова: тепломассообмен, аэродинамика, вихревые многофазные турбулентные реагирующие течения, физическое и математическое моделирование, бесконтактные методы диагностики, 3D численные расчеты, способы управления процессами переноса, перспективные вихревые топочные устройства, горение низкокачественного угля, энергоэффективность, экологическая безопасность
Аннотация: Учет фундаментальных закономерностей процессов переноса в многофазных турбулентных вихревых реагирующих потоках является основой успешной разработки широкого спектра передовых технологий, в том числе – в энергетике. Для современного состояния данной отрасли российской экономики характерна острая потребность в создании нового энергоПоказать полностьюэффективного оборудования для экологически безопасного сжигания пылеугольного топлива. Это обусловлено перспективами развития теплоэнергетики, перед которой стоит задача расширения топливно-сырьевой базы за счет использования низкосортных (непроектных) углей. Решение этой задачи предполагает существенное повышение характеристик паровых котлов ТЭС, необходимость разработки новых типов топочных устройств, отвечающих современным требованиями по энергоэффективности и экологической безопасности. Этим определяется актуальность темы исследований для практики. Наряду с практической важностью, предлагаемые исследования обладают высокой научной значимостью для данной отрасли знаний, поскольку вносят вклад в развитие методов управления структурой и динамикой вихревых многофазных потоков, определяющей закономерности тепломассопереноса и основные интегральные характеристики сложных взаимосвязанных физико-химических процессов в реакторах. ?Ключевым этапом при решении современных задач технологической модернизации в области производства энергии из органического сырья, расширения топливной базы теплоэнергетики является проведение комплекса НИР с целью научного обоснования ОКТР, направленных на создание энергоэффективных и безопасных теплоэнергетических технологий и аппаратов нового поколения. Научное обоснование выбора конструктивных и режимных параметров новых парогенераторов с вихревыми топками основывается на результатах физического и математического моделирования их внутренней аэродинамики, исследования всех основных характеристик топочных процессов. Поэтому изучение особенностей сложной пространственной структуры закрученных турбулентных потоков в топочных устройствах необходимо для обоснования конструкции вихревых топок, анализа распределения скорости, температуры и тепловых потоков, оценки интенсивности перемешивания и тепловых напряжений внутри топки, определения уровня токсичных выбросов, мехнедожога и др. Проект направлен на применение и развитие современных методов и подходов комплексного решения этих задач на конкретных примерах усовершенствованных конструкций вихревых топочных устройств с использованием различных низкокачественных углей.?Проект предполагает исследование и усовершенствование перспективной конструкции пылеугольной топки котла с четырёхвихревой схемой компоновки горелок [Патент РФ 2032853], разработанной в СибВТИ (г. Красноярск). В ней формируются четыре вихревые структуры с вертикальными осями и с противоположным направлением вращения. Топка предназначена для использования на ТЭС при сжигании шлакующихся бурых углей.?В рамках фундаментальной научной проблемы, в русле которой лежит тема предлагаемого проекта, предполагается решение новой комплексной задачи исследования закономерностей, определяющих характеристики аэродинамики и процессов переноса в перспективных вихревых топочных устройствах, с целью обоснования методов управления этими характеристиками и разработки научно обоснованных путей повышения энергоэффективности и экологической безопасности теплоэнергетического оборудования, использующего вихревые технологий сжигания пылеугольного топлива. Данная задача, решаемая на примере перспективной конструкции четырёхвихревой топки пылеугольного котла с использованием различных низкокачественных угольных топлив, обладает высокой научной значимостью и включает: ?а) развитие методов и средств: ?– экспериментального исследования (на основе бесконтактных методов диагностики) пространственной структуры и динамики ограниченных турбулентных закрученных потоков в лабораторной изотермической модели четырёхвихревой топки;?– полномасштабного численного моделирования аэродинамики турбулентного пространственного течения и всей совокупности процессов тепломассопереноса при факельном сжигании распыленного топлива;?б) проведение физического и математического моделирования аэродинамики и процессов переноса в одно- и двухфазных закрученных потоках для получения детальной предсказательной информации о трехмерной аэротермохимической структуре течения (включая расчетное поле концентрации оксида азота и общий уровень его эмиссии) в перспективной конструкции четырёхвихревой топки и для определения влияния геометрических и режимных параметров на характеристики такой топки по результатам научного поиска оптимальных (с целью одновременного повышения интегральных теплотехнических и экологических показателей) конструктивно-компоновочных решений с применением принципа стадийного сжигания.?Задачи проекта характеризуются научной новизной, которая обусловлена как новизной объекта исследования (перспективная конструкция топочного устройства вихревого типа, обладающая принципиальными отличиями), так и научно-технической новизной конкретных планируемых результатов, связанных с научным обоснованием специфических способов управления основными характеристиками процессов при сжигании низкокачественных углей на основе применения комплекса современных методов физического и математического моделирования, высокоточных средств диагностики закрученных турбулентных потоков.