Взаимодействие двух несоосно-встречных закрученных газовых струй в топках котлов малой мощности Текст научной статьи по специальности «Физика»

4. Деревянко О.В. Новые аппараты подпитки тепломассообменного оборудования в системе управления енергоблоком/ О.В. Деревянко, А.В. Королев, А.Ю. Погосов// Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - №8(126). - 2014. - С. 28-34.

5. Kirchhoff G.R. Vorlesungen über Mechanik, 1876: [Пер. c нем.] : Кирхгоф Г. Механика. - Ижевск: НИЦ «РХД», 2001. - 404 с.

6. Poincaré H. Théorie des tott,rbillions // Teubner, Leipzig, 1883 : Paris: Carre, 1893. [Пер. с фр.]: Пуанкаре А. Теория вихрей. - Ижевск: Изд-во РХД, 2001. - 160 с.

7. Горячев Д. H. О некоторых случаях движения прямолинейных параллельных вихрей / Д. H. Горячев // «Ученые записки Моск. унив.» отд. физико—математич., 1899. - Вып. 16. - С. 1-106.

8. Жуковский H.E. О трении жидкости при большой разности скоростей ее струй // Доклад на пятом водопроводном съезде в Киеве в 1901г. - [Собрание сочинений]. -Т. I, 1949.

9. Гельмгольц Г. Два исследования по гидродинамике. - М., 1902. - С. 5-51. // Int. J. Fussion Energy. 1978. - 1, №3/4. - P.P. 41-68.

10.Борисов А.В. Фундаментальные и прикладные проблемы теории вихрей / Под редакцией / А.В. Борисов, И.С. Мамаев, М.А. Соколовский. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 704 c.

11.Рамоданов С.М. Динамика твердых тел и вихревых структур в идеальной жидкости: автореф. дисс. док. ф.-м. Наук: 01.02.01. «Теоретическая механика» / Рамоданов Сергей Михайлович; Удмуртский гос. ун-т. - Ижевск, 2009 г. - 30 c.

12.Деревянко О.В. Проектирование и строительство новых энергоблоков АЭС повышенной безопасности с применением альтернативных технологий аварийной подпитки водой основного оборудования / О.В. Деревянко, А.В. Королев, А.Ю. Погосов // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов. -Вып. 50, 2014. - С.61-68.

УДК 662.612—428.4

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВУХ НЕСООСНО-ВСТРЕЧНЫХ ЗАКРУЧЕННЫХ ГАЗОВЫХ СТРУЙ В ТОПКАХ КОТЛОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Зайцев О.Н.1, Богатикова Н.П.1

1 Национальная академия природоохранного и курортного строительства Зайцев Н.О.

Одесский национальний политехнический университет

Приведены результаты теоретических исследований поля скорости при взаимодействии встречных, смещенных закрученных газовых струй, показавшие нестабильность получаемой структуры вследствие воздействия прецессирующего вихревого ядра. При этом увеличение скорости происходит в более широкой области и на всем расстоянии между взаимодействующими струями, по сравнению с рассмотренными ранее видами взаимодействия закрученных струй, в тоже время, эволюция пика скорости, вызванного сложением скоростей взаимодействующих струй, определяет оптимальное соотношение между величиной смещения струй в горизонтальной плоскости и расстоянием между точками их истечения. Вихревое ядро, прецессия, аэродинамика топки

Введение

Анализ современного состояния теории взаимодействующих закрученных потоков показывает, что свободные одиночные закрученные потоки применяются редко, в

основном в теплоэнергетике используются взаимодействующие закрученные потоки, при этом в настоящее время исследовались одноименно и противоположно закрученные потоки при коаксиальном, параллельном и встречном взаимодействии [1].

Анализ последних исследований и публикаций

Математическое описание результирующего движения в указанных исследованиях основывалось на уравнениях Новье-Стокса и теории Прандтля о пути смешения, однако при этом не учитывалось влияние на образующиеся при таком взаимодействии структуры прецессии вихревых ядер закрученных потоков, то есть область существования ПВЯ, определяемая числами Рейнольдса (Ке>1,8'104) [1,2], когда поток нестабилен, практически не изучена и требует теоретических исследований в данной области для встречных, параллельных, встречных, смещенных в горизонтальной плоскости взаимодействующих закрученных потоков.

Кроме того, учитывая данные, полученные в [3], свидетельствующие о значительном влиянии ПВЯ на устойчивость одиночного закрученного потока и предложенную концепцию появления, развития и разрушения вихревого ядра в нем при развитой зоне обратных токов, необходимо рассмотреть вопросы, связанные с наложением колебаний вихревых ядер при взаимодействии закрученных струй и выявить условия возникновения резонансных явлений, а также обеспечения устойчивости вихревых структур в случаях нутации ПВЯ.

Цель исследования

Исследование взаимодействия двух встречных, смещенных в горизонтальной плоскости струй для управления аэродинамикой в топках котлов малой мощности.

Результаты и их анализ

Для получения поля скоростей при взаимодействии двух встречных, смещенных, в горизонтальной плоскости свободных закрученных струй центр координат располагался на равном расстоянии от осей струй, схематично представленных на рисунке 1.

Расчет осуществлялся согласно алгоритма приведенного в [3].

При расчетах последовательно варьировались 1= 1____1700 е., /=0....500 Гц,

координаты х,_у=0.. .1.3 м, и=1.. .18.

Полученные результаты представлены в виде графических зависимостей варьируемых параметров от результирующей скорости.

У Зона смешения струй

Рис.1. Схема расположения координат при взаимодействии встречных, смещенных в горизонтальной плоскости закрученных струй.

Так, представленные на рисунках 2-3 графики изменения скорости по поперечному сечению при увеличении расстояния от начала струи, и смещении осей встречных закрученных потоков в горизонтальной плоскости от 0,1 до 0,4 м, показали, что поле результирующей скорости в точках истечения струй аналогично полю одиночной струи до расстояния 0,5 (по срезу), далее профиль соответствует взаимодействию встречных закрученных потоков. Наблюдаемый при этом пик скорости не зависит от смещения осей струй и, очевидно, вызван прецессирующим вихревым ядром, при этом в отличие от встречных потоков, он более значителен и имеет на своих границах провалы скорости, что позволяет сделать вывод о вкладе в скорость встречной, смещенной струи (которая на этом расстоянии имеет более широкие границы, но меньшую скорость). Однако, при удалении от начала струи поле скоростей расслаивается на расстоянии 0,35 по срезу, в зависимости от величины смещения, что объясняется изменением области взаимодействия струй, при этом изменение указанного пика скорости явно указывает на определяющее влияние в его формировании поля скорости второй струи, что позволяет оценить ширину взаимодействия встречных, смещенных в горизонтальной плоскости закрученных струй — 0,35 — 0,65 в поперечном сечении. В остальной области прослеживается аналогия с встречными закрученными потоками. В целом можно констатировать, что увеличение скорости происходит в более широкой области и на всем расстоянии между взаимодействующими струями, по сравнению с рассмотренными ранее видами взаимодействия закрученных струй, а влияние прецессии вихревых ядер значительно только на расстояниях, близких к местам истечения струй. Также, исходя из анализа эволюции пика скорости, вызванного сложением скоростей взаимодействующих струй, определено оптимальное соотношение между величиной смещения струй в

чл = 0,25

горизонтальной плоскости и расстоянием между точками их истечения — ; .

Рис.2. Изменение результирующей скорости по сечению при у=0,00001м: ♦ — смещение 0,1м; ■ — 0,2 м; ▲ — 0,3 м; х — 0,4 м.

v

x

) о 1 а 2 0 3 0 А 7 0 8 а 9 /

Рис.3. Изменение результирующей скорости по сечению при у=0,2м: ♦ — смещение 0,1м; ■ — 0,2 м; ▲ — 0,3 м; х — 0,4 м.

Изменение результирующей скорости при взаимодействии двух встречных, смещенных закрученных струй во времени, представленное на рисунках 4 - 5, позволяет сделать вывод, что о наличии двух видов колебаний — первое, имеющее частоту 60 с., с незначительной амплитудой, имеется во всех рассмотренным ранее взаимодействиям закрученных потоков, вызвано их турбулентным характером движения, второе — имеющее амплитуду 400 с., вызвано, очевидно, сложением колебаний, индуцируемых прецессирующими вихревыми ядрами. При этом необходимо отметить, что второй вид колебаний имеет амплитуду, сравнимую с результирующей скоростью в данной точке, чего не наблюдается в рассмотренных ранее случаях (кроме встречных закрученных струй). Максимальная величина первого вида амплитуды имеет аналогичную параллельным струям зависимость от смещения струй в горизонтальной плоскости — при смещении 0,1 и 0,3 — амплитуда меньше, чем при 0,2 и 0,4. В случае второго, более «долгого» колебания наблюдается обратная зависимость (максимальная амплитуда при смещении 0,1 и 0,3 превосходит аналогичную при смещении 0,2 и 0,4). То есть при использовании встречных, смещенных в горизонтальной плоскости закрученных струй в технических устройствах необходимо предусматривать механизм подавления второго типа колебаний, как наиболее опасного для стабильного протекания процесса взаимодействия потоков.

Рис.4. Изменение результирующей скорости по времени при у=0,2, х=0,05 м: ♦ — смещение 0,1м; ■ — 0,2 м; ▲ — 0,3 м; х — 0,4 м.

Рис.5. Изменение результирующей скорости по времени при у=0,2, х=0,05 м: ♦ — смещение 0,1м; ■ — 0,2 м; ▲ — 0,3 м; х — 0,4 м.

Выводы

Анализ результатов моделирования поля скорости двух встречных, смещенных в горизонтальной плоскости, закрученных струй с прецессирующими вихревыми ядрами показал, что:

- увеличение скорости происходит в более широкой области и на всем расстоянии между взаимодействующими струями, по сравнению с рассмотренными ранее видами взаимодействия закрученных струй;

- эволюция пика скорости, вызванного сложением скоростей взаимодействующих струй, определяет оптимальное соотношение между величиной смещения струй в

горизонтальной плоскости и расстоянием между точками их истечения равным

¡4 =

- максимум скорости при увеличении смещения между струями смещается к горизонтальной оси, и имея меньшую величину, превосходит другие пики по ширине, что происходит вследствие вовлечения в движение покоящегося воздуха между струями, при этом такая же прослойка с нулевой тангенциальной скоростью будет возникать за счет ширины этого взаимодействия и при проникновении струй друг в друга;

- изменение результирующей скорости во времени имеет два колебательных контура — с периодом в 60 с., и незначительной амплитудой, второй — 400 с., при этом второй вид колебаний имеет амплитуду, сравнимую с результирующей скоростью в данной точке, что при использовании встречных, смещенных в горизонтальной плоскости закрученных струй в технических устройствах требует предусматривать механизм подавления второго типа колебаний, как наиболее опасного для стабильного протекания процесса взаимодействия потоков.

Список литературы

1. Закрученные потоки: Пер. с англ. / А. Гупта, Д.Лилли, Н.Сайред,-М.: Мир, 1987,— 588с.

2. Штихлинг Г. Теория пограничного слоя.-М.: Наука, 1974,—711 с.

3. Зайцев О.Н. Управление аэродинамической обстановкой в рабочем объеме теплогенерирующих установок.// Вюник ОДАБА №7, 2002, с. 60—64.

УДК 697.329

ГЕОТЕРМАЛЬН1 ЕЛЕКТРОСТАНЦП З Б1НАРНИМ ЦИКЛОМ 1ль1на К.О.

Одеський нацгональний полтехшчний университет

Рассмотрены перспективы развития геотермальной энергетики. Представлен потенциал геотермальной энергии Украины. Проанализированы преимущества и недостатки использования геотермальных электростанций с бинарным циклом. Приведенная схема геотермальной установки электростанции данного типа и принцип ее действия. Геотермальные электростанции, уступая ветровым по суммарной установленной мощности, существенно превосходят их по выработке электроэнергии, что свидетельствует о высокой эффективности геотермальных энергетических технологий. Коэффициент использования мощности на современных ГеоЭС в 3-4 раза выше, чем в энергоустановках, работающих на солнечной, ветровой и приливной энергии. Стоимость произведенной на современных ГеоЭС электроэнергии в среднем на 30% меньше чем на солнечных и в 10 раз ниже чем на ветровых электростанциях.

Возобновляемый источник энергии, геотермальная энергетика, экономически эффективные технологии, электроэнергетика, экологическая чистота, геотермальная электростанция, бинарный цикл, низко кипящее рабочее тело, термальная вода

Вступ

З кожним днем все бшьше зростае дефiцит природного газу i вуплля. У зв'язку з цим велика увага придшяеться нетрадицшним джерелам енерт. Геотермальна електроенергетика становить значну частину енергетики, засновано! на поновлюваних джерелах енергщ i е одшею з самих економ1чно ефективних технолопй. Щорчно спостертаеться свповий прир^ встановлено! погужносп геотермальних електростанцш (ГеоЕС) на 10-20%, а !х сумарна потужн1сть перевищуе 8000 МВт [1].