Naslov
Prilog matematičkom modeliranju izgaranja plinovitog goriva u ložištu generatora pare
(Contribution to Mathematical Modelling of Gaseous Fuel Combustion in the Steam Generator Furnace)

Autori
Duić, Neven

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet strojarstva i brodogradnje

Mjesto
Zagreb

Datum
24.04

Godina
1998

Stranica
171

Mentor
Bogdan, Željko

Ključne riječi
ložište; generator pare; izgaranje; numeričko modeliranje
(furnace; steam generator; combustion; computational modelling)

Sažetak
Izgrađen je matematički model produkcije NOx i drugih polutanata prilikom izgaranja prirodnog plina u ložištu generatora pare. Na predmiješanu smjesu prirodnog plina i zraka primijenjen je homogeni model strujanja. Kinetički sistem izgaranja prirodnog plina uključuje dva glavna reaktivna lanca, direktnu oksidaciju metana i indirektnu preko rekombinacije metilnih radikala i oksidacije etana. Sistem produkcije dušičnih oksida obuhvaća neravnotežni Zeldovichev mehanizam te nastanak dušik (II) oksida preko dušik (I) oksida. Izgaranje metana u zraku predstavljeno je sistemom od 143 elementarne reakcije u kojem sudjeluje 31 kemijska vrsta. Predložen je postupak povezivanja računanja brzina produkcije kemijskih vrsta rješavanjem kinetičkog modela integracijom sistema običnih diferencijalnih jednadžbi s računanjem prijenosa topline i mase metodom kontrolnih volumena. Postupak pretpostavlja da se kontrolni volumen može predstaviti kemijskim reaktorom u kojem se na ulazu (tj. na početku) nalazi smjesa čije je stanje opisano izlaznim stanjem iz uzvodnih kontrolnih volumena. Iz promjena koncentracija i temperature tijekom zadržavanja u kontrolnom volumenu (kemijskom reaktoru) računaju se brzine produkcije i volumenski toplinski tok izgaranjem. Kinetički sistem, predstavljen sistemom običnih diferencijalnih jednadžbi, izrazito je krut, te je stoga rješavan Gearovom metodom, a promjene temperatura, koja se mijenja u zavisnosti od koncentracija kemijskih vrsta, računaju se implicitno iz specifičnih molarnih entalpija formacije smjese. Model prijenosa topline i mase rješavan je metodom kontrolnih volumena, gdje je rasprezanje tlaka i brzina načinjeno prema modifikaciji uobičajenih metoda, a za rješavanja matrice sistema primijenjen je linijski Gauss-Seidel postupak, ubrzan metodom višemrežne aditivne korekcije (multigrid). Turbulencija je modelirana pomoću Prandtlove duljine puta miješanja, a utjecaj turbulencije na izgaranje je zanemaren. Duljina puta miješanja propisuje se kao geometrijska značajka u ovisnosti o tipu strujanja. Prijenos topline zračenjem računat je zonalnom metodom, čije dvije varijante su ugrađene u model: Hottelova i Monte Carlo. Kinetički model testiran je na jednostavnom primjeru izgaranja smjese vodika i kisika za koji se mogu naći rezultati u literaturi. Sprega modela prijenosa topline i mase u ložištu i kinetičkog modela uspoređena je s rezultatima mjerenja dobivenim na eksperimentalnom ložištu u IJmuidenu.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Strojarstvo

POVEZANOST RADA