CC BY
47
УДК 69.027.1
О.П. Марфина
канд. техн. наук, кафедра автоматики и электротехники, ФГБОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»
Ю.Г. Володин
канд. техн. наук, доцент, кафедра информационных систем и технологий в строительстве, ФГБОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»
М.С. Цветкович
аспирант, кафедра информационных систем и технологий в строительстве, ФГБОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ГАЗОВ В ПРОМЫШЛЕННОЙ ДЫМОВОЙ ТРУБЕ
Аннотация. Выполнено математическое моделирование течения дымовых газов в промышленной дымовой трубе. Проведенные расчеты показали, что в корневой части дымовой трубы формируется закрученный газовый поток, который снижает коррозионную устойчивость её стенок. Это нежелательное явление заметно ослабевает при установке на входе отводящего ствола специальных пандусов или перегородок.
Ключевые слова: математическое моделирование, газовый поток, дымовые газы, дымовая труба.
О.Р. Martina, Kazan State University of Architecture and Engineering
Yu.G. Volodin, Kazan State University of Architecture and Engineering
M.S. Tsvetkovich, Kazan State University of Architecture and Engineering
THE NUMERICAL MODELING TURBULENT CURRENT THE GASES IN THE INDUSTRIAL SMOKE PIPE
Abstract. Realization the mathematical modeling current the smoke gases in industrial smoke pipe. The accomplishable calculations show, that in the root part smoke pipe to form the twist gas stream, which lowering the corrosion stability hers walls. This the undesirable phenomenon visible to slacken at putting on entrance the going out barrel smoke pipe the special slopes or partitions.
Keywords: the mathematical modeling, the gas stream, the smoke gases, the smoke pipe.
Дымовые трубы представляют собой сложные специальные инженерные сооружения башенного типа, предназначенные для отвода дымовых газов от мощных тепловых энергетических установок и рассеивания их в атмосфере и являются неотъемлемой частью тепловых электростанций.
От показателей надежности, эффективности и долговечности дымовых труб зависит не только бесперебойная работа подключенного к ним энергетического оборудования в штатном режиме, но также экологическое состояние окружающей среды. В то же время показатели самих этих сооружений во многом определяются характером протекающих в них достаточно сложных аэродинамического и тепломассообменного процессов. К настоящему времени эти процессы остаются мало изученными из-за отсутствия практической возможности проведения на такого рода объектах более углубленных натурных экспериментальных исследований с применением современных средств диагностики. В сложившейся ситуации приемлемой альтернативой детальному физическому натурному эксперименту служит математический эксперимент, основанный на использовании современных методов вычислительной газодинамики и компьютерных технологий.
Для описания течения дымовых газов в рабочем пространстве отводящего ствола промышленной дымовой трубы предложена трехмерная математическая модель, основанная на
осредненных, по Фавру, полных уравнениях Навье-Стокса, замкнутых к-е - моделью турбулентности с применением улучшенных пристеночных функций. Это обстоятельство позволило составить детальную физическую картину изучаемого процесса, установить наличие в значительной части внутреннего объема ствола интенсивных вторичных течений, вихревых зон, которые оказывают существенное влияние на кинематическую структуру всего потока, на характер распределения скоростей в различных его поперечных сечениях, а также на трение, теплоотдачу и массоперенос в пристеночных областях.
Вопрос о том, каковы величины давлений на стенку газоотводящего ствола дымовой трубы в различных его поперечных сечениях весьма важен при прогнозировании мест расположения наиболее уязвимых к коррозии зон его внутренней поверхности. Считается, что этот процесс особенно интенсивно протекает в тех случаях и в таких местах, где давление газов внутри ствола превышает атмосферное. Построение эпюр давлений и нахождение их характерных точек дает возможность более целенаправленно подходить к выбору геометрии газоотводящего канала при разработке проекта трубы, а также легко анализировать условия работы действующих дымовых труб при изменении режимов работы подключенного к ним оборудования.
Результаты расчетов получены на базе одномерной модели течения дымовых газов, при построении которой был принят ряд упрощающих допущений и которые (по причине одномерности) в принципе не способны адекватно учитывать особенности поведения потока на очень важном входном участке ствола, где течение имеет явно выраженный трехмерный характер. От этого течения во многом зависят характеристики потока на других участках газоотводя-щего ствола дымовой трубы.
0 0.5 1 1.5 ° 2 4 3 6 «
Знамение параметров ЭДианна пяря1'ат[лв
а) б)
Рисунок - Эпюры распределения параметров Др , 5, Ф для дымовой трубы высотой 180 метров рассчитанных: а) по одномерной модели течения и б) по трехмерной модели течения
л- ДР•2 к
Др = ——- - перепад давления на стенку ствола со стороны дымовых газов и баромет-
Рс™0
„ 2gДph
рическим давлением в соответствующем поперечном его сечении; 5 = , - относительная
Ро^о
самотяга; Ф = Др + 5 - форм-параметр газоотводящего канала дымовой трубы.
Главной причиной различия результатов расчетов, выполненных по одно- и трехмерной моделям течений, являются закрутки в виде крупных вихрей и существенная трансформация кинематической структуры по высоте ствола. Вследствие вращательного движения потока дымовых газов в стволе появляются центробежные силы, которые создают дополнительное (к статическо-
му) динамическое давление на его стенку. По мере продвижения потока дымовых газов к устью ствола вращательное движение ослабевает на некоторой высоте (в данном примере = 30 метров) и далее постепенно вырождается. Направление движения потока становится полностью осевым с практически равномерным по сечению распределением скорости.
Трансформация кинематической структуры дымовых газов, происходящая по мере его продвижения по отводящему стволу дымовой трубы, является причиной существенных нерав-номерностей в распределениях давлений, температуры, а также кинетической энергии турбулентности в рабочем пространстве ствола, ответственной за интенсивность протекания тепло-и массообменных процессов в трубе.
Из приведенных результатов расчетов следует вывод о том, что для обеспечения нормального газодинамического режима в стволе, способствующего повышению коррозионной устойчивости его стенок, необходимо проведение мероприятий по предотвращению или максимальному ослаблению закрутки потоков дымовых газов в цокольной части дымовой трубы. Результаты расчетов показали, что это нежелательное явление заметно ослабевает при установке на входе отводящего ствола специальных пандусов и перегородок.
Список литературы:
1. Рихтер Л.А. Тепловые электрические станции и защита атмосферы / Л.А. Рихтер. -М.: Энергия, 1975. - 312 с.
