Сборник тезисов 9-ой Международной научной конференции «современные достижения физики и фундаментальное физическое образование»
СҰЙЫҚ ОТЫН ТАМШЫЛАРЫНЫҢ БУЛАНУ ЖƏНЕ ЖАНУ ПРОЦЕСТЕРІНЕ
жүктеу/скачать 11,53 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- АҚСУ МАЭС-НЫҢ ПК-39 ЖАНУ КАМЕРАСЫНДА КҮЛДІЛІГІ ЖОҒАРЫ ЕКІБАСТҰЗ КӨМІРІНІҢ ЖАНУЫН САНДЫҚ МОДЕЛЬДЕУ
- ВИХРЕВАЯ СТРУКТУРА ТУРБУЛЕНТНОСТИ В СТРУЕ НА КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОВЕРХНОСТИ М.С. Исатаев, Г. Толеуов, Ж.К Сейдулла, У. Суйинжанова, А. Исмаилов
- ТЕПЛОПЕРЕНОС И ДИНАМИКА ТУРБУЛЕНТНОЙ СТРУИ, ОГРАНИЧЕННОЙ ТОРЦОВЫМИ СТЕНКАМИ Г. Толеуов, М.С. Исатаев, Ж.К. Сейдулла
СҰЙЫҚ ОТЫН ТАМШЫЛАРЫНЫҢ БУЛАНУ ЖƏНЕ ЖАНУ ПРОЦЕСТЕРІНЕ ТИІМДІ БҮРКУ БҰРЫШЫНЫҢ ƏСЕРІН КОМПЬЮТЕРЛІК МОДЕЛЬДЕУ Ə.С.Асқарова, С.Ə.Бөлегенова, И.Э.Березовская, Ш.С. Оспанова, А.Бекмұхамет Əл-Фараби атындағы ҚазҰУ ЭТФҒЗИ, Алматы, Қазақстан Қазіргі уақытта жаңғырмалы энергия көздерін игеру мен оларды қолдануды жандандыруға күш салынып жатқанымен əлемде тұтынылатын энегияның 85%-і пайдалы қазбалардан болатын отын түрлерінен алынады. Статистика көрсеткендей, жалпы энергия тұтынымының 39%-і сұйық отын түрлерін жағумен жүзеге асырылса, энергияның барша өндірісінің 97%-і көлік тасымалы секторына жіктеледі екен [1-2]. Жұмыста сұйық отындарды бүрку, булану жəне олардың жану процестерін сипаттау үшін массаның, импульстің, энергия мен концентрацияның сақталу теңдеулері негізіндегі математикалық модель қолданылды. Массаның сақталу теңдеуі келесі түрде жазылады: ( ) mass div u S t , (1) мұндағы u - сұйықтың жылдамдығы. Газ импульсінің сақталу теңдеуі мына түрде жазылады: mom u u grad u div g S t . (2) Ішкі энергияның сақталу теңдеуі: : energy E D divu divq S t . (3) Берілген жұмыста жану камерасындағы гептан жəне бензин тамшыларының жану процесіне əр түрлі бүрку бұрыштарының əсерін компьютерлік модельдеу нəтижелері 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 127 келтірілген. Жұмыста сұйық отындардың жану процесін зерттеуде қолданылған іштен жану қозғалтқышындағы жанудың жалпы сызбасы 1 суретте бейленген. 1 сурет. Бүркудің жану сызбасы Жұмысбарысында гептанды жану камерасына бүрку бұрышы 2 0 -тан 10 0 -қа дейін өзгертіліп отырды. Сандық модельдеу нəтижесінде жану камерасындағы тиімді бүрку бұрышы 4 0 -қа тең болды. Төмендегі суреттерде гептанның жануы барысында өтетін жылу жəне масса тасымалы процестеріне бүрку бұрышының əсерін сандық модельдеу нəтижелері келтірілген. 2 суретте жану камерасындағы гептанның жануы нəтижесінде жану камерасында түзілетін максимал жану температурасының таралуы бейнеленген. Суреттен көрініп тұрғанындай, 2 мс уақыт мезетінде жану камерасындағы температуралық алаудың ядросындағы максимал температура мəні 1728,34 К тең болды (2 а сурет). Жану процесінің соңғы мезетінде температуралық алаудың биіктігі жану камерасының ң см биіктігіне дейін көтеріліп, мұндағы температураның мəні 2080 К құрайды (2 ə сурет). а) 2 мс ə) 4 мс 2 сурет. Əр түрлі уақыт мезеттеріндегі жану камерасындағы максимал температураның таралуы Жұмыста сұйық отынды бүрку бұрышының сандық модельдеу нəтижесінде қол жеткізілген мəні экспериментпен салыстырылды. Эксперимент барысында соплодан ағып шыққан сұйық ағыншасының таралуында оны бүрку бұрышы ортадағы серіктес газ ағынына сəйкес өлшенген[3]. Газдың жылдамдығы 130 м/с тең болған. Экспериментте М импульс мөлшерінің мəні М=220 жəне М=1200 тең етіп таңдап алынған. 3 суретте сандық модельдеу мен эксперимент нəтижесінде өлшенген тиімді бүрку бұрыштарын салыстыру нəтижелері келтірілген. 3 суреттен көрініп тұрғанындай, сандық модельдеу барысында анықталған тиімді бүрку бұрышының мəні тəжірибемен жақсы сəйкес келеді. Сонымен қатар импульс мөлшерінің мəні неғұрлым артқан сайын сұйық отынды бүрку бұрышының тəжірибелік мəні де сандық модельдеуде соғұрлым жуық бола түседі (3 ə сурет). The 9 th International Conference «Modern achievements of physics and fundamental physical education» October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty ______________________________________________________________________________________________________ 128 а) M=220 ə) M=1200 3сурет. Бүрку бұрыштарын экспериментпен салыстыру Аталған жұмыс ҚР БҒМ ғылым Комитетінің қаржылай қолдауымен жазылған (грант №3481/ГФ4). Əдебиеттер: 1. A. Askarova, S. Bolegenova, Bolegenova Symbat, I. Berezovskaya, Zh., Ospanova Sh., Shortanbayeva, A. Maksutkhanova, G. Mukasheva and A. Ergalieva Numerical Simulation of the Oxidant’s Temperature and Influence on the Liquid Fuel Combustion Processes at High Pressures // Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2015. - Vol. 10, №4. - P. 90-95. 2. A. Askarova, S. Bolegenova, Bolegenova Symbat, I. Berezovskaya, Zh., Ospanova Sh., Shortanbayeva, A. Maksutkhanova, G. Mukasheva and A. Ergalieva Numerical Simulation of the Oxidant’s Temperature and Influence on the Liquid Fuel Combustion Processes at High Pressures // Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2015. - Vol. 10, №4. - P. 90-95. 3. Gorokhovski M. The stochastic sub-grid-scale approach for spray atomization // Atomiza- tion and Sprays. – 2001. – Vol. 11. - P. 505–519. АҚСУ МАЭС-НЫҢ ПК-39 ЖАНУ КАМЕРАСЫНДА КҮЛДІЛІГІ ЖОҒАРЫ ЕКІБАСТҰЗ КӨМІРІНІҢ ЖАНУЫН САНДЫҚ МОДЕЛЬДЕУ Ə.С.Асқарова, С.Ə.Бөлегенова, В.Ю.Максимов, Б.Ж.Усербаев, А.Арыстан Əл-Фараби атындағы ҚазҰУ ЭТФҒЗИ, Алматы, Қазақстан Екібастұз көмірі тас көмір болғанымен, күлі көп (орташа күлділігі 43%), сапасы төмен, өте ауыр байытылады жəне кокстеуге келмейді. Сондықтан да тек қана энергетикалық отын ретінде пайдаланылады. Екібастұз көмірі республикамыздағы өзіндік құны ең төмен көмір. Соның нөтижесінде жан-жақты игерілуде. Оны пайдалану үшін Қазақстанның Солтүстігінде жəне Ресейде ірі электр стансалары (Орал жəне Омбы) салынған. Бұл жұмыста зерттеу обьектісі ретінде 300 МВт-тық блоққа арналған, бу өндіру қуаты 475 т/сағ болатын ПК-39 қазандығынығң жану камерасы таңдап алынды. Қазандық Ермак электрстанциясында (Қазақстан) орнатылған. Жану камерасы үш арналы 12 құйындық жанарғыларменмен жабдықталған. Жанарғылар бір-біріне қарама-қарсы əр қайысысында 6 жанарғыдан 2 деңгей болып орналастырылған. Тұрақты жанудың шарттарының құрылуының жəне тұтануының интенсификациялануы үшін жанарғылар ондағы ауаның 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 129 асып кетуінің əртүрлі коэффициентерін: төменгі қатар г =1,4, жоғарғы қатар г =0,9. қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін екі өлшемге ие. Отын деңгейлер бойынша теңдей таралған. Тұтанудың интенсификациялануы үшін ауа камераға камерадағы оттегі əсерлесуге біртіндеп түсетіндей етіп беріледі. Осы мақсатпен ағынды кеңістікке түсетін ауа - шаңды көмірмен қоспаға түсетін болып бірінші реттіге жəне сол қазандықтар арқылы бірінші ретті ауаға қарағанда ауа сирек берілетіндей немесе бірінші ретті ауадан бөлек берілетіндей етіп екінші реттіге бөлінеді. Бірінші ретті ауаның бір бөлігі щаңөндіру жүйесінде отынды кептіру үшін қолданылады. Сəйкесінше, бірінші ретті ауа үш мақсатта қолданылады: кептіргіш агенті ретінде, шаңды жанарғыға тасымалдау үшін жəне жанармай қоспасы реагеттерінің бірі ретінде. ПК-39 қазандық камерасындағы жану процесін зерттеу бойынша есептік эксперименттер осы жұмыста жүргізілген. Есептік аймақты құру үшін жаңа заманауи бағдарлама кешенін пайдалану жұмыста есептік аймаққа қойылған шектеулерді пайдаланбауға мүмкіндік берді [1]. Модельдеу үшін мəліметтер қорын құру PREPROZ бағдарлама кешенін қолдана отырып бірнеше кезеңдерде жүргізіледі [2]. Құрылатын файлдар əсер ететін ағындарда жылумасса алмасу процесін модельдеу үшін бастапқы жəне шекті шарттардан, зерттелетін процестің геометриялық мəліметтерінен тұрады. PREPROZ көмегімен FLOREAN бағдарламаның пакетінде пайдаланылатын алғашқы ақпараттарды құрайтын базалық файлдар құрылады [3, 5]. Бұл бағдарламаның компьютерлік пакеті нақты геометрия аймағында əсер ететін көпфазалы ағыстарды модельдеу бойынша күрделі есептік эксперименттерді жүргізуге мүмкіндік береді. Геометриялық модельді құру кезінде жағу камераның əрбір қабырғасы сандық кодтар түрінде жеке суреттеледі. Алғашқыда бұрыштық нүктелерімен қабырғалар енгізіледі. Алдымен кірістер жəне шығыс алдымен саңылау типі түрінде беріледі жəне содан кейін белгілі бір қабырғаларда жанарғы қондырғыларының кеңістіктік орнының координаттары бекітіледі. Жанарғы саңылауы (кірісі) концентрлік аймақ түрінде, шығысы – кеңістіктегі сəйкес координаттарымен тікбұрышты үшбұрыш түрінде сипатталады. Жұмыста геометриялық модельдерді құру кезінде болатын шектеулер салдарынан домалақ саңылаулар есептеу дəлдігіне жақсартатын көлемі бірдей тікбұрышты саңылауларға алмастырылған. Берілген геометриямен сəйкес сандық модельдеу үшін тор құрылады. Есептік аймақтың соңғы нұсқасын құру процесінде жану көлемінде физикалық процестің келесі есептеулерін жүргізу үшін əлдеқайда оңтайлы нұсқасын құру мақсатында тор сөзсіз түзетіледі. Есептік эксперименттерді жүргізу үшін біздің нұсқамызда 98820 бақылау көлемін құрайтын 27х61х60 өлшемді тор құрылған. Жұмыста21 648 бақылау көлемдері (есептік тор 16х33х41) үшін есептік эксперименттер жүргізілді. Бақылау көлемін азайту мүмкіндігі, əсіресе жанарғылардың орналасу аймағында əлдеқайда дəл нəтиже алуға көмектеседі. Онымен қоса, берілген жұмыста жүргізілген барлық есептік эксперименттерге қол жеткізген, жетілдірілген компьютерлік модель есептеу уақытын мардымсыз ұлғайтты. Аталған жұмыс ҚР БҒМ ғылым Комитетінің қаржылай қолдауымен жазылған (грант №3481/ГФ4). Əдебиеттер 1. Асқарова А.С., Бөлегенова С.А., Максимов В.Ю., Бекмұхамет А. «Применение тех- нологии 3D моделирования при исследовании процессов тепломассопереноса в камерах сго- рания действующих энергетических объектов». Известия Томского политехнического уни- верситета. "Энергетика", 2012 ж. т. 320, 26-32 беттер. 2. Askarova, A.S., Bolegenova, S.A., Maximov, V.Y., Bekmukhamet, A, Beketayeva, M.T.Gabitova, ZK., etc. Computational method for investigation of solid fuel combustion in com- bustion chambers of a heat power plant // High temperature. – 2015. - Vol. 5, issue 5. – P. 751-757. The 9 th International Conference «Modern achievements of physics and fundamental physical education» October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty ______________________________________________________________________________________________________ 130 3. A. Askarova, S. Bolegenova, V. Maximov, A. Bekmuhamet, Mathematical simulation of pulverized coal in combustion chamber // Journal “Procedia Engineering”, Volume 42, 2012, pp. 1150-1156. 4. A. Askarova, S. Bolegenova, V. Maximov, A. Bekmuhamet, Numerical research of aero- dynamic characteristics of combustion chamber BKZ-75 mining thermal power station //Journal “Procedia Engineering”, Volume 42, 2012, pp. 1250-1259. 5. A. Askarova, S. Bolegenova, V. Maximov, A. Bekmuhamet, M. Beketaeva, Numerical ex- perimenting of combustion in the real boiler of CHP //International Journal of Mechanics, Issue 3, Volume 7, 2013, pp.343-352. ВИХРЕВАЯ СТРУКТУРА ТУРБУЛЕНТНОСТИ В СТРУЕ НА КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОВЕРХНОСТИ М.С. Исатаев, Г. Толеуов, Ж.К Сейдулла, У. Суйинжанова, А. Исмаилов НИИЭТФ, Казахский национальный университет им. алъ-Фараби, Алматы, Казахстан Для измерения турбулентных характеристик струи в работе использована система термоане- мометрической установки. Цифровой вольтметр для регистрации средней скорости имеет интервал осреднения 1÷100 с при точности измерения напряжения 0,5 %. Входящий в комплект термоанемомет- рической системы вольтметр среднеквадратичных значений (СКЗ) в диапазоне частот 3÷155 кГц при интервале осреднения 3÷30 с измерял с точностью ±2,0 %. При настройке термоане- мометра и дальнейшем контроле за его работой был использован осциллограф С8-13. Час- тотная характеристика спектра турбулентных пульсаций измерялась анализатором спектра АСЧХ-1, имеющего рабочую полосу частот 20÷20000 Гц. Длявизуального исследования, рабочий участок установки помещался в поле зрения теневого пробора ИАБ-451. Рядом был размещен комплекс аппаратуры, для изучения про- цессов естественного вихреобразования и акустического воздействия на струю. Динамик мощностью 25 Вт с защитным кожухом был установлен в нижней части успокоительной ка- меры и создавал при необходимости поле звуковой волны, направленное вертикально вверх по течению струи. Внутренняя стенка камеры покрыта звукопоглощающим материалом, не- обходимым для предотвращения нежелательного резонанса. Для визуализации воздушной струи поток воздуха подогревался в успокоительной ка- мере до температуры 35 0 ÷40 0 с помощью сетки, по которой пропускался ток от автотранс- форматора. Для того, чтобы выяснить влияние продольной кривизны на вихревую структуру была визуально исследована струя, распространяющаяся вдоль выпуклой и вогнутой цилиндриче- ской поверхностей при значениях начального параметра кривизны S R =±0,036; ±0,056; ±0,094, как без воздействия, так и с наложением акустического воздействия, при начальной скорости U 0 =2,8 м/с. Из анализа визуальной картины течения видно, что при движении по вогнутой поверх- ности, из-за воздействия центробежной силы струя становится уже, область ламинарного те- чения становится больше, а при движении вдоль выпуклой поверхности наблюдается обрат- ная картина. Установлено, что при воздействии с частотой, соответствующей акустическому резонансному воздействию для струи вдоль пластины, в струе вдоль криволинейной поверх- 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 131 ности интенсивность крупномасштабных вихрей также растет, а при высокочастотном воз- действии крупномасштабные вихри ослабляются. С ростом начальной скорости струи длина начального ламинарного участка уменьша- ется, дискретные вихри становятся менее интенсивными. Переход в турбулентное течение на выпуклой поверхности начинается раньше, чем на вогнутой поверхности. Это явление на- блюдается и по результатам измерения уровня турбулентности термоанемометром. Из анализа данных видно, что распределение уровня турбулентности по сечению струи качественно такое же как и в струе вдоль плоской пластины. Однако вблизи стенки уровень турбулентности выше в струе на выпуклой поверхности, чем в струе на вогнутой поверхно- сти. Это особенно заметно по изменению уровня турбулентности по длине струи вдоль ли- нии максимума скорости. Установлено, что интенсивность турбулентности в струе на вы- пуклой поверхности продолжает расти с удалением от сопла и становится значительно больше, чем в струе вдоль плоской поверхности. Из экспериментальных данных исследований турбулентных течений можно сделать вывод, что порожденные в каком-либо месте потока турбулентные пульсации не только сно- сятся по потоку (конвективный перенос), но и передаются по направлению нормали к лини- ям тока, причем не только непосредственно в соседние слои жидкости (диффузия), но так, же на значительное расстояние. Последнее явление предлагается назвать «дальнодействием» турбулентности [1]. Литература 1. Абрамович Г.Н., Гиршович Г.А., Крашенинников С.Ю. и другие. Теория турбулент- ных струй. Изд. 2-ое перераб. и доп. / Под.ред. Г.Н. Абрамовича. – М., 1984. -720 с. The 9 th International Conference «Modern achievements of physics and fundamental physical education» October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty ______________________________________________________________________________________________________ 132 ТЕПЛОПЕРЕНОС И ДИНАМИКА ТУРБУЛЕНТНОЙ СТРУИ, ОГРАНИЧЕННОЙ ТОРЦОВЫМИ СТЕНКАМИ Г. Толеуов, М.С. Исатаев, Ж.К. Сейдулла, Д. Базылова, А. Омаралина, А. Есеналиева НИИЭТФ, Казахский национальный университет им. Аль-Фараби, Алматы, Казахстан Измерения средней скорости потока и динамического давления осуществлялись с помощью трубки Пито и микроманометра ММН-300, а также разработанной сотрудниками НИИЭТФ при КазНУ им. аль-Фараби термоанемометрической аппаратурой, которая использовалась для измерения пульсационных характеристик скорости струи и мгновенного поля скорости. В эксперименте использовались сменные сопла с различными удлинениями. Удлине- нием сопла называют отношения длинной стороны h 2 к короткой стороне 2b на срезе сопла = b h 2 2 . Параметр удлинения сопла изменялся от 0,25 до 25. Ось X направлена вертикально вверх, параллельно направлению потока, ось Y – параллельно короткой стороне сопла, па- раллельно торцовым пластинам, ось Z – перпендикулярно пластинам. Начало осей координат располагалось в центре выходного сечения сопла[1]. При исследовании плоских струй параллельно оси струи с торцов устанавливались стеклянные пластинки размерами 200х300мм. ЭДС термопары измерялась цифровым вольтметром В7-21. Распределение температу- ры по сечениям струи записывалось в виде непрерывной записи с помощью двухкоординат- ного самописца ПДП4-002. При этом начальные условия истечения струи поддерживались такими же как при исследовании аэродинамики [2]. Температура струи на выходе из сопла и температура окружающей среды поддерживались постоянными во время опытов с точно- стью 2 , 0 0 С и контролировалась ртутным термометром с ценой деления 0,1 0 С. При непре- рывной записи распределения температуры показания самописца ПДП4-002 тарировалась с помощью ртутного термометра с ценой деления 0,1 0 С. Предварительные измерения поля температуры в плоской турбулентной струе показа- ли, что на распределение температуры существенно влияет теплопроводность материала торцовых стенок. При относительно малых значениях 5 теплопроводность торцовых стенок существенно искажает распределение температуры как по сечению, так и по длине струи. Поэтому в данной работе приведены результаты измерений поля температуры струи при 10 с торцовыми стенками с малой теплопроводностью (фанера, стекло). Измерения проводились после того, как температурные поля струи и торцовых стенок установились. Были исследованы изменение максимальной скорости и избыточной температуры по оси плоской струи при 25 со стенками с воздействием и без него.При начальной скоро- сти с м U / 10 0 измерения температуры и скорости выполнены при наличии акустического воздействия с частотой Гц f 1000 . Это соответствует числу Струхаля 40 , 0 2 0 0 U b f Sh . Из анализа результатовустановлено, что все экспериментальные данные, как с акустическим воздействием, так и без него при различных скоростях потока ложатся вдоль одной кривой. Это характерно, как для изменения максимальной скорости, так и для изменения избыточной температуры по оси х. Были получены расчетные формулы для изменения осевой скорости b x U U m 53 , 3 0 и для избыточной температуры b x T T m 00 , 3 0 . Тогда соотношение для безразмер- 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 133 ной скорости и безразмерной температуры выглядит так 0 0 85 , 0 U U T T m m , которое близко к соотношению Абрамовича 0 0 86 , 0 U U T T m m . Экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическими расчетными формулами. Распределение избыточной температуры по оси z на разных расстояниях от сопла, при значениях начальной скорости 10 0 U и 30 с м / ,также как и распределение скорости по оси z при наличии акустического воздействия показывает наличие нескольких максимумов и минимумов. При этом положение максимумов и минимумов скорости и температуры совпа- дают друг с другом. Аналогичные неравномерности температуры наблюдаются и при с м U / 30 0 без аку- стического воздействия, хотя и не очень четко. С удалением от сопла появление неравномерностей полей скорости и температуры, очевидно, непосредственно связано с развитием крупномасштабных вихрей, образующихся в свободном пограничном слое начального участка струи. Работа выполнена в рамках научной темы «3096/ГФ4-Исследование проблем теплопе- реноса и тепломассообмена в сложных струйных течениях», входящей в программу «Гран- товое финансирование научных исследований» МОН РК. Литература 1 С.И. Исатаев, Г. Толеуов, Исатаев М.С., Ш.А. Болысбекова. Экспериментальное ис- следование трехмерных турбулентных струй, истекающих из сопла с прямоугольным выход- ным сечением // Инженерно-физический журнал. -Т. 89, № 2. –Минск, 2016. – С. 383-387. SCOPUS: SNIP – 0.452 SJR – 0.230. 2 Г. Толеуов, А.Сейтжаппарова, Г.Жетибай, А. Серикова, С. Рустемова, К. Есеналина. Проблемы измерения температуры и температурного поля при исследовании свободных струй // Вестник КазНУ. Серия физическая. -№ 2(57). –Алматы, 2016. – С. 28-33. The 9 th International Conference «Modern achievements of physics and fundamental physical education» October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty ______________________________________________________________________________________________________ 134 жүктеу/скачать 11,53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|