Математическое моделирование и численное исследование закрученной реагирующей топливно-воздушной струи в приложениях к проектированию малоэмиссионных энергоустановок на низкосортных топливах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат наук Мизхер Усама Джавад Мизхер

• Мизхер Усама Джавад Мизхер
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Мизхер Усама Джавад Мизхер

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМАТИКИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИЗ НИЗКОСОРТНЫХ ТОПЛИВ

1.1 Современные проблемы экологически чистого получения энергии

1.2 Особенности и проблематика моделирования процессов горения

1.3 Выбор варианта внедрения программной среды расчета задач в программный комплекс ANSYS

1.4 Моделирование и оптимизация закрутки потоков как резерв совершенствования технологий малоэмиссионного горения

1.5 Выводы. Цель и задачи исследования

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ

2.1 Математическое моделирование тепловых и газодинамических процессов в камере сгорания

2.2 Математическое моделирование процессов горения топливовоздушной смеси

2.3 Выводы

3 ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ТОПЛИВ

3.1 Численный метод исследования тепловых и газодинамических процессов в струйных течениях на основе асимптотического разложения

3.1.1 Численный метод исследования газодинамических процессов в свободных струях вязкого газа на основе асимптотического разложения

3.1.2 Численный метод исследования процессов тепломассопереноса в слабозакрученных струях на основе асимптотического разложения

3.1.3 Численный метод исследования процессов тепломассопереноса в сильно закрученных струях на основе асимптотического разложения

3.2 Численный метод моделирования процессов горения в камере сгорания

3.3 Анализ достоверности результатов

3.4 Выводы

4 КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

КОМБИНИРОВАННОГО ГОРЕНИЯ ТОПЛИВ

4.1 Общая структура, алгоритм и структурная схема разработанного программного комплекса

4.2 Описание функционала комплекса программ

4.3 Модель комбинированного горелочного устройства и камеры сгорания

4.4 Математическое моделирование и исследование комбинированного горения топлив с использованием разработанного комплекса программ

4.4.1 Условия эксперимента

4.4.2 Математическое моделирование комбинированного горения топлив в соотношении 70/30

4.4.3 Математическое моделирование комбинированного горения топлив в соотношении 50/50

4.4.4 Математическое моделирование комбинированного горения топлив в соотношении 30/70

4.5 Пример практического применения результатов исследования

4.6 Выводы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Свидетельства о государственной регистрации программы

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Патент на право интеллектуальной собственности. ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты внедрения результатов кандидатской работы

158

159

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Б - диаметр камеры сгорания, м; Ь - Длина камеры сгорания, м; Р - Давление потока, Па; Т - Термодинамическая температура, К;

2

к - Кинетическая энергия турбулентности, м /с ; t - Время, с;

- Продольная, поперечная, тангенциальная, составляющая вектора скорости потока, м/с;

х,г - Продольная, поперечная координаты, м;

Р0 - Давление газа в состоянии покоя, Па;

Ргт - Турбулентное число Прандтля;

ср - Удельная изобарная теплоемкость, Дж/(кг-К);

щ, иI - Компоненты вектора скорости, м/с;

х;, Х| - Координаты, м;

Я - Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); д - Динамический коэффициент вязкости, Па-с;

дт - Коэффициент турбулентного переноса количества движения, Па-с;

2

V - Кинематическая вязкость, м 2/с;

-5

р - Плотность несущей среды, кг/м ;

2

е - Скорость диссипации турбулентной кинетической энергии, м /с ;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование и численное исследование закрученной реагирующей топливно-воздушной струи в приложениях к проектированию малоэмиссионных энергоустановок на низкосортных топливах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Энергетика является ключевым фактором в мировой экономике и эффективность производства и потребления энергии имеет важнейшее значение для общества и окружающей среды. Создание «всеядных» установок для экологически чистого получения энергии из возобновляемых энергоносителей немыслимо без достоверного и высокоточного прогнозирования сопутствующих процессов с детальным учётом влияющих факторов как основы выработки оптимальных технических и технологических решений. Ввиду сложности математической формулировки задачи турбулентного горения, включающей систему связанных нелинейных нестационарных дифференциальных уравнений движения, энергии и уравнений химической кинетики, решение проблемы высокоточного моделирования и прогнозирования физико-химических процессов в камерах сгорания требует разработки высокоточного математического обеспечения с разработкой эффективных математических методов моделирования процессов турбулентного обмена и химической кинетики в камере сгорания, обеспечивающих сходимость и достаточную точность получаемого численного решения при приемлемых затратах машинного времени. для проведения исследований на основе вычислительного эксперимента.

Сегодня остро стоит задача, связанная с разработкой новых технических решений по наиболее эффективному и экологически чистому сжиганию топлива в энергетических установках, в том числе метано-водородных фракций, топливных смесей на основе свалочных газов и продуктов термического разложения производственных и коммунальных отходов. Одним из перспективных направлений является использование биогаза как источника тепловой энергии для энергетических установок. Установлено, что основное отличие биогаза от природного газа вызвано наличием в его составе более 30% углекислого газа, что влияет на плотность, теплотворность и скорость распространения пламени. При сжигании биогаза, дополнительное внимание

надо уделять стабилизации факела, из-за его склонности к отрыву, ввиду меньшей нормальной скорости распространения пламени, чем у природного газа. Исходя из сложных термогазодинамических процессов горения биогаза, связанных с пульсациями давления и срывом пламени, а также с высокой чувствительностью к флуктуациям состава топливных смесей и низкой взаимозаменяемостью топлив, необходимо разработать методы математического моделирования и численных исследований, что позволит развить теорию турбулентного обмена и химической кинетики в камере сго-рания и оценить эффективность технологии устойчивого малоэмиссионного горения. Математическое моделирование данных топочных процессов с возможностью оценки эффективности указанных мероприятий позволит разрабатывать оптимальные режимы работы энергетических установок и разрабатывать новые технические решения по сокращению эмиссии загрязняющих веществ.

Диссертационное исследование непосредственно связано с исполнением п. 26 «Перечня критических технологий Российской Федерации», а также п. 8 «Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации», утвержденных Указом Президента Российской Федерации от 07.07.2011, № 899.

Объектом исследования - являются малоэмиссионные энергоустановки работающие на низкосортных топливах и процессы тепломассопереноса и химическая кинетика для закрученных потоков.

Предметом исследования - являются методы математического моделирования и газодинамических процессов газовой динамики, тепломассопереноса и химической кинетики закрученной топливно-воздушной смеси.

Цель работы - повышение точности математического моделирования для отработки в вычислительном эксперименте технологии устойчивого малоэмиссионного горения и сокращение времени расчета процессов турбулентного горения низкосортного топлива.

Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Выполнить математическое моделирование в сопряженной постановке процессов газовой динамики, тепломассопереноса и детальной химической кинетики в закрученной реагирующей струе, состоящий в применении уточненного значения турбулентного числа Прандтля Ргт, и позволяющий учитывать влияние турбулентности и химической кинетики сильнозакрученных реагирующих струй газа.

2. Разработать численный метод и алгоритмы численной реализации решения задачи расчета закрученной реагирующей струи, состоящий в получении начального приближения из аналитического решения задач тепломассопереноса для закрученных потоков (слабозакрученная струя и струя с конечной закруткой), и позволяющий увеличить точность и скорость процесса расчета горения закрученного потока.

3. Разработать и апробировать комплекс программ для исследования и отработки технологии устойчивого малоэмиссионного горения с закруткой реагирующей струи, включающий в себя выбор геометрической модели, наложение сетки удовлетворяющего качества за счет алгоритма оптимизации, задание граничных условий и позволяющий моделировать тепловые и газодинамические процессы с учетом химической кинетики в камере сгорания.

4. На основе комплексных исследований с использованием разработок по пп. 1-3 разработать и обосновать эффективные технические решения по малоэмиссионному горению путем моделирования процессов сгорания топлива в камере сгорания с закруткой топливно-воздушной смеси.

Методы исследования. Реализация цели и решение поставленных задач обеспечены применением современных методов исследований, базирующихся на основных положениях гидрогазодинамики, пограничного слоя, теории тепломассообмена, математического моделирования, системного анализа, теории дифференциальных уравнений, численных и асимптотических методов.

Научная новизна.

1. Разработан метод математического моделирования в сопряженной постановке процессов газовой динамики и тепломассопереноса, отличающийся в применении уточненного значения турбулентного числа Прандтля Ргт, и позволяющий учитывать влияние турбулентности и скоростей химических реакций в закрученных реагирующих потоках, что дает возможность достоверно оценить эффективность малоэмиссионного горения.

2. Модифицирован метод конечных элементов применительно к численному интегрированию системы дифференциальных уравнений энергии, движения и неразрывности турбулентного реагирующего потока путем рационального выбора в качестве начального приближения из аналитического решения задач тепломассопереноса для закрученных потоков (слабозакрученная струя и струя с конечной закруткой), что обеспечило сокращение машинного времени для получения решения с заданной точностью в 1,3 раза.

3. На основе результатов вычислительных экспериментов, проведенных с использованием созданного комплекса программ, выявлены закономерности и условия малоэмиссионного процесса горения при комбинации топлив и разработаны эффективные технические решения для комбинированного сжигания топлива в камере сгорания с закруткой топливно-воздушной смеси (патент № 20201271662), что дает возможность снизить эмиссию вредных веществ в атмосферу.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость результатов работы заключается в разработке метода моделирования, численных методов, алгоритмов и программ, составляющих основу компьютерных исследований по отработке конструктивных решений системы дифференциальных уравнений тепломассопереноса в закрученных струях с учетом влияния турбулентности и химической кинетики, что дает возможности повысить точность расчетов и сократить затраты времени расчета процесса горения закрученного потока.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что применение разработанного проблемно-ориентированного комплекса программ для исследования тепловых и газодинамических процессов в камере сгорания с закруткой топливной смеси позволяет повысить эффективность малоэмиссионного горения и уменьшить эмиссию вредных веществ в атмосферу.

Соответствие пунктам паспорта специальности.

Исследование, представленное в диссертационной работе, соответствует паспорту специальности 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: п. 3 - разработка, обоснование и тестирование эффективных вычислительных методов с применением современных компьютерных технологий; п. 4 - реализация эффективных численных методов и алгоритмов в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента; п. 5 - комплексные исследования научных и технических проблем с применением современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента; п. 8 -разработка систем компьютерного и имитационного моделирования.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждена сопоставлением полученных расчётных данных с результатами натурных экспериментов, а также данными, полученными другими авторами, и тестированием программного комплекса. Подлинность численных расчётов обеспечивается применением адекватного (подтвержденного

экспериментальными результатами) математического моделирования процесса турбулентного переноса, использованием апробированной разностной схемы, выбором сетки, обеспечивающей требуемую точность, анализом погрешности вычислений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод математического моделирования тепломассопереноса в сопряженной постановке процессов газовой динамики, тепломассопереноса и детальной химической кинетики в закрученной реагирующей струе,

отличающийся в применении уточненного значения турбулентного числа Прандтля Ргт, и позволяющий учитывать влияние турбулентности и химической кинетики сильнозакрученных реагирующих струй газа.

2. Модифицированный метод конечных элементов применительно к численному интегрированию системы дифференциальных уравнений энергии, движения и неразрывности турбулентного реагирующего потока путем рационального выбора в качестве начального приближения из аналитического решения задач тепломассопереноса для закрученных потоков (слабозакрученная струя и струя с конечной закруткой), позволяющий увеличить точность и скорость расчета горения закрученного потока.

3. Комплекс программ для исследования и отработки технологии устойчивого малоэмиссионного горения с закруткой реагирующей струи.

4. Результаты исследования тепловых и газодинамических процессов горения в камере сгорания с закруткой топливно-воздушной смеси, где учитывается выявление закономерностей и условий процесса малоэмиссионного горения при комбинированном топливе, полученные с помощью разработанного комплекса программ.

Реализация результатов работы.

Отдельные результаты получены при финансовой поддержке мега-гранта Правительства Российской Федерации (проект № 075-15-2021-584) и грантом Президента Российской Федерации (проект НШ-2493.2020.8) и грантов РФФИ (проекты № 18-41-730015, № 19-41-730006). Разработанный комплекс программ и методические рекомендации по исследованию тепловых и газодинамических процессов в камере сгорания с закруткой топливной смеси используются в учебном процессе в Ульяновском государственном техническом университете, а также в филиале «Ульяновский» ПАО «Т Плюс» для исследования возможностей использования низкосортного топлива в энергетическом оборудовании.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены на 44Ш, 45Ш и 46Ш международных конференциях по применению математики в

технике и экономике - AMEE (Болгария, Созополь, 2018-2020 гг.), на 18-й международной конференции по численному анализу и прикладной математике - ICNAAM (Греция, Родос, 2020 г.), на 16-й международной конференции по вычислительным методам в науке и технологиях - ICCMSE (Греция, Ираклион, 2020 г.), на VII, VIII и IX Всероссийских научных молодежных школах-семинарах «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» имени Е.В. Воскресенского с международным участием (Саранск, 2016, 2018, 2020 гг.), на XIII, XIV Международных научных конференциях «Дифференциальные уравнения и их приложения в математическом моделировании» (Саранск, 2017, 2019 гг.), на XI Всероссийской научной конференции с международным участием «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2019 г.), на международной конференции: Воронежская весенняя математическая школа. Понтрягинские чтения - ХХХ «Современные методы теории краевых задач» (Воронеж, 2019 г.), на научно-технических конференциях Ульяновского государственного технического университета (Ульяновск, 2016-2020 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 работ, в том числе 10 статей в ведущих рецензируемых изданиях (из них 6 в зарубежных журналах, индексируемых в наукометрических базах Web of Science и Scopus, и 4 статьи в ведущих российских журналах из Перечня ВАК), 1 патент на полезную модель и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. Все работы по теме диссертации осуществлены автором лично или при его основном участии: постановка задачи, выбор и разработка метода решения, проведение натурного эксперимента, разработка программного комплекса, проведение расчётов, обработка и обобщение полученных результатов, формирование выводов и заключения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка литературы (115 источников) и 3

приложения, включает 159 страниц машинописного текста, 77 рисунков и 9 таблиц.

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМАТИКИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИЗ НИЗКОСОРТНЫХ ТОПЛИВ 1.1 Современные проблемы экологически чистого получения энергии

Для устойчивого развития энергетики требуется реализовывать высокотехнологические проекты, направленные на оптимизацию режима, экономию топлива, оптимизацию операционных затрат в виде электроэнергии на собственные нужды станций. Снижение объема энергоресурсов в сочетании с увеличением их цены, масштабные экологические проблемы и ежегодное увеличение среднего уровня энергопотребления на душу населения - все это факторы, которые следует учитывать в настоящее время, приводят к необходимости разработки комплексного подхода по повышению эффективности энергетического оборудования, а также снижению себестоимости производства энергии и отработки технологий по нейтрализации воздействия на окружающую среду в процессе выработки энергии. Согласно данным, предоставленным в статистическом обзоре мировой энергетики [44], который ежегодно проводится транснациональной нефтегазовой компанией British Petroleum, в мире наблюдается неуклонный рост увеличения потребления энергии (рис.1.1), а начиная с 2009 года мировое потребление энергии выросло на 6740 ТВтч. 28000

ТВтч

26000

24000

22000

20000

18000 I Генерация

Рисунок 1.1 - Генерация энергии в мире в период с 2009 по 2019 год

Возобновляемые источники энергии обеспечили наибольший прирост выработки электроэнергии - 340 ТВтч, за которым следует природный газ (220 ТВтч). Доля возобновляемых источников энергии в генерации продолжает увеличиваться, составляю конкуренцию атомной генерации [78, 80].

ХВт-ч 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

'Генерация в 2018 году

'Генерация в 2019 году 825,3

Рисунок 1.2 - Генерация энергии в мире в зависимости от вида топлива в

период с 2009 по 2019 год

Наряду с надвигающейся нехваткой топлива существует острая экологическая проблема - токсичность, канцерогенность, мутагенность, коррозионная активность и пожарная опасность при загрязнении окружающей среды опасными углеродсодержащими, бытовыми, органическими и промышленными отходами [34, 102]. Оборудование и расположение полигонов для хранения и захоронения таких отходов строго регламентированы в европейских странах [26, 88]. Одной из наиболее привлекательных технологий считается развитие ВИЭ на основе переработки ТБО, так как с разработкой новых и эффективных технических решений по утилизации ТБО с использованием метода плазменной газификации стало возможным преобразование в электроэнергию или синтетическое топливо, другие полезные материалы 99,97% видов отходов, в том числе биоотходов, опасных отходов [16, 79, 89].

При этом вопрос об обеспечении наиболее полного сжигания топлива является чрезвычайно важным для обеспечения экономичной и надежной работы электростанций.

В этой связи актуальным является вопрос о сжигании биогаза, поскольку это возобновляемый источник энергии с высоким содержанием CH4, который можно получить в процессе анаэробного брожения органических отходов при оптимальных и постоянных соотношениях факторов, влияющих на процесс брожения. Количество и состав газа, образующегося при полном разложении органического вещества, прямо пропорциональны соотношению исходного вещества C: H: O: N и температуре процесса ферментации. За жирами, которые имеют наибольшее газообразование из-за высокого уровня CH4, следуют белковые вещества с немного более низким, но все же высоким содержанием CH4 и углеводы с самым низким содержанием CH4 [44].

Использование биогаза в качестве топлива для энергетических и водогрейных котлов, а также газотурбинных установок приобретает всё большую актуальность в последние годы. Это можно связать как минимум с тремя причинами:

1) загрязнение окружающей среды и большие объёмы выбросов парниковых газов;

2) необходимость переработки биоразлагаемых бытовых отходов и очистки городских, а также промышленных сточных вод в результате которых, как остаточный продукт, образуется биогаз;

3) снижение запасов и увеличения стоимости природного газа. Основным качественным отличием биогаза от природного газа является наличие примесей, таких как: углекислый газ, водород, сероводород, аммиак.

В табл. 1.1 приведены данные института газа НАН Украины о составе биогаза различного происхождения [42], определённые на хроматографе Agilent 6890N.

Таблица 1.1 Отличие состава биогаза от природного газа

Источник Состав газа, % Расчётные величины

СН4 с2н6 С02 Ы2 02 Н2Б ин, см/с Рг> кг/им3 кДж/нм3

Природный газ

Уренгойское месторождение 98 2 0,84 1,05 38 0,77 36757

Биогазы

Городские очистные сооружения 67,75 31,75 0,48 0,425 21 1,05 22412

Животноводческая ферма 69,44 30,36 0,09 0,11 23 1,1 24941

Спиртзавод 69,3 - 30,2 0,2 0,3 - 23 1,1 24890

Скорость нормального распространения пламени ин м/с является наиболее важным свойством горения газообразного топлива. При сжигании газообразного топлива смесь свежего воздуха и топлива направляется вниз, потому что это более тяжелое вещество, чем продукты сгорания, но более легкие продукты сгорания направляются вверх. В результате фронт горения пламени искривляется (рис. 1.3).

"н

Рисунок 1.3 - Распространение пламени в горизонтальной трубке. и - скорость распространения пламени, м/с; б - площадь сечения трубки, м2; Б - площадь

фронта пламени, м2.

Скорость распространения пламени согласно основному закону горения, закону косинуса, возрастает обратно пропорционально соБф

где ^ — угол между нормалью к элементу фронта пламени dF и направлением распространения пламени а

Количество горючей смеси растет по мере увеличения кривой поверхности фронта пламени и его площади. Скорость подачи новой смеси необходимо увеличить, чтобы стабилизировать положение фронта пламени. Турбулизация потока - это один из подходов к повышению эффективности сгорания топлива (турбулизация сгорания), когда за счёт искривления и разрывов заметно возрастает площадь фронта пламени.

Процессы горения факела определяются организацией подготовки топливно-воздушной смеси в горелке и непосредственно в факеле, и саму его структуру. Подготовка топливовоздушной смеси включающей в себя биогаз или синтез-газ является особенно актуальной в связи с явлениями срыва и проскока пламени. Чтобы поддерживать устойчивое положение в зоне горения зоны воспламенения, то есть перед горелкой, топливная смесь должна поступать в зону воспламенения со скоростью, равной скорости распространения пламени [77, 97].

По мере увеличения соотношения воздух / топливо происходит «обедненный» срыв, и энергии, выделяемой во время реакции, может быть недостаточно для продолжения горения, в результате чего пламя гаснет и горелка гаснет. В результате при сжигании смеси предварительно смешанного топлива с воздухом параметры срыва «обедненной смеси» являются критическими [68, 77, 104].

За счет добавления топлива в зоны рециркуляции применяется стабилизация горения для увеличения зоны стабильной работы камеры сгорания. Эта стратегия представляет собой компромисс с точки зрения снижения выбросов N0^ Из-за концентрации водорода сжигание синтез-газа

прекращается при более высоких значениях коэффициента избытка воздуха, чем в природном газе. Согласно результатам исследования [68], проведенного на различных лабораторных горелках, присутствие водорода позволяет сжигать более «бедные» смеси. Для синтез-газа повышение содержания ^ с 50 до 80 % (об.) обуславливает смещение устойчивого диапазона границ по а с 1...2,5 до 1,25...3,3 (первое значение а — «проскок» пламени, второе - «бедный» срыв).

Вспышка пламени определяется как движение горения в направлении, противоположном направлению подачи топливно-воздушной смеси, что приводит к перегреву и термической деградации горелок. Скорость сгорания водорода в синтез-газе выше, чем у метана ( , )

[67].

Биогаз состоит из метана (СН4), который из-за более низкого содержания водорода имеет более низкую скорость распространения пламени, чем синтез-газ. Скорость распространения пламени у биогаза варьируется от 21 до 23 м / с и напрямую зависит от состава газа. При горении биогаза следует учитывать, что дальнобойность биогаза будет в 1,38 раза больше, чем струи природного газа, а теплота сгорания ( @ ) меньшей из-за высокого уровня содержания CO2, что также оказывает влияние и на плотность (р ) (табл. 1.1).

Также в качестве топлива в ряде работ рассматривалось использование метано-водородной фракции, в частности в работах Таймарова М.А, Ахметовой Р.В. рассматривалась возможность совместного с мазутом сжигания в котлах ТГМ-84А. Это связано с тем, что нефтеперерабатывающие заводы производят больше конечных светлых нефтепродуктов в результате более глубоких процессов переработки, что увеличивает количество метановой фракции, избыточного побочного продукта. Метан с содержанием до 30% (молярный) и водород с содержанием 50% (молярный) составляют метановодородную фракцию (молярную). Метано-водородная фракция по сравнению с природным газом, пределы взрываемости которого от 5,3% до 15%, характеризуется

-5

теплотворной способностю около 28,89 МДж/м и более широкими пределами воспламенения (взрываемости) от 4,1% до 75% при 20°С в смеси с воздухом

[3]. По сравнению с мазутом М100 его сжигание в котле ТГМ-84А приводит к снижению КПД котла (рис. 1.4). Это связано с особенностями горения высоководородной метановодородной фракции.

Рисунок 1.4 - КПД брутто котла ТГМ-84А (ст. № 4) НкТЭЦ-1 при различных нагрузках Дк в зависимости от вида сжигаемого топлива [45].

Водород горит в 2-5 раз быстрее природного газа. Температура продуктов сгорания повышается на выходе из топки котла ТГМ-84А. Температура дымовых газов, поступающих в котел, повышается синхронно с температурой дымовых газов, выходящих из котла.

1.2 Особенности и проблематика моделирования процессов горения

Значительный вклад в изучение механизма горения внесли Я.Б. Зельдович, Л.Д. Ландау, В.А. Михельсон, Б.В. Раушенбах, Н.Н. Семенов, Р.И. Солоухин, Д.А. Франк-Каменецкий, К.И. Щелкин [46]. Для обеспечения качественного сжигания топлива применительно к различным задачам очень важным является выбор конструкции горелочного устройства с обеспечением хорошего смешивания двух потоков воздуха и топлива [54, 83]. Кроме того, увеличились требования к эффективности сгорания в горелочных устройств. Завихрители - это стабилизаторы пламени, которые регулируют скорость смеси в зависимости от скорости пламени [92]. Кроме того, создание вихревого потока внутри горелок увеличивает смешивание различных компонентов

смеси, что позволяет улучшить контроль процесса горения с точки зрения качества пламени и выбросов загрязняющих веществ [38]. Целью конструкции камеры сгорания является получение продукта, который выделяет чрезвычайно мало СО и NOx [102, 104]. По словам Хана и др. [74] температура горения влияет на выбросы СО. В результате выбросы загрязняющих веществ от горелок должны быть сведены к минимуму.

Турбулентный вихревой поток в горелке жизненно важен для управления процессами и особенностями горения, а также для снижения выбросов. Вихревые потоки широко исследуются в различных реальных системах сгорания, включая камеры сгорания газовых турбин самолетов и промышленных двигателей, вихревые горелки, печи, циклонные камеры сгорания и другие [3, 4]. Аэродинамические свойства и параметры смешения топлива и окислителя в зоне смешения влияют на структуру пламени и стабильность горения [92]. Лопаточный завихритель - один из наиболее частых способов создания вихревых струй. Выбросы, характеристики горения, стабильность пламени и множество других характеристик - все это зависит от использования завихрителей горения. Известно, что использование закрученного потока в камере сгорания увеличивает длину и стабильность пламени. Благодаря использованию завихрителя внутри горелки, закрученный поток создает тангенциальный перенос. Завихрение также помогает управлять температурами горения и загрязнителями, способствуя смешиванию топлива и воздуха. Это происходит из-за закрученных вихрей и возникающей в результате зоны тороидальной рециркуляции, создающей области с высокими скоростями сдвига, турбулентности и перемешивания. В литературе [87] рассмотрены условия и характеристики вихревого горения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мизхер Усама Джавад Мизхер, 2022 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй / Г.Н. Абрамович // М.: Физматгиз, - 1960. - 630с.

2. Автоматизированная подготовка модели и исходных данных для исследования тепловых и газодинамических процессов в камере сгорания с закруткой топливной смеси в комплексе программ ANSYS [Электронный ресурс]: програм. продукт / Мизхер У.Д., Вельмисов П.А., Ковальногов В.Н., Ефременков И.В.; УлГТУ, 2021. - Свид. о гос. per. программы для ЭВМ № 2021619052.

3. Ахметов Ю.М. Возможный механизм течения вихревых закрученных потоков / Ю.М. Ахметов, Э.И. Зангиров, A.B. Свистунов// Аэрогидромеханика, труды МФТИ, 2014. - Том 6, № 2, с. 99-104.

4. Ахметов Ю.М. Особенности моделирования закрученного течения потока жидкости в замкнутом контуре вихревых устройств/ Ю.М. Ахметов, P.P. Калимуллин, Р.Ф. Хакимов // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. Уфа, 2016, №47. С. 177 - 196.

5. Броман T.II. Затопленная струя Ландау: точные решения, их смысл и приложения / Т.Н. Броман, О.В. Руденко. УФН, - 2010. - Том 180, - № 1, - С. 97104.

6. Вельмисов П.А. Асимптотическое исследование струйных течений вязкого газа / П.А. Вельмисов, У.Д. Мизхер, Е.П. Семенова Материалы VII Всероссийской научной молодежной школы-семинара. — Воскресенского с международным участием. - Саранск, - 2016. - С.29-32.

7. Вельмисов П.А. Исследование свободных струй вязкого газа / Вельмисов П.А., Мизхер У.Д., Семенова Е.П. // Вузовская наука в современных условиях: сб. материалов 50-й научно-технической конференции. В 3 ч. 4.2. - Ульяновск: УлГТУ, 2016. С.165-169.

8. Вельмисов П.А. Исследование струйных течений методом малого параметра / П.А. Вельмисов, У.Д. Мизхер, Е.П. Семенова // Материалы XIII Международной научной конференции. - Саранск: СВМО - 2017. - С. 470-475.

9. Вельмисов П.А. Математическое моделирование струйных течений / Вельмисов П.А, Мизхер У.Д. // Актуальные проблемы науки и практики: сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции. - Ульяновск: УлГТУ, 2018. - С. 13-14.

10. Вельмисов П.А. Асимптотическое исследование процессов тепломассопереноса в слабо закрученных струях / П.А. Вельмисов, У.Д. Мизхер, В.Н. Ковальногов / Журнал СВМО. 2020. Том. 22, №. 2. С. 200 - 207.

11. Вельмисов П.А. Асимптотическое исследование процессов тепломассопереноса в струйных течениях / П.А. Вельмисов, У.Д. Мизхер, Ю.А. Тамарова. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки" № 2. - 2020. - С. 72-81.

12. Вельмисов П.А. Математическое моделирование динамической устойчивости аэроупругих систем при взаимодействии с вязкой жидкостью / Вельмисов П.А., Анкилов A.B., Мизхер У.Д. // Дифференциальные уравнения и их приложения в математическом моделировании: Материалы XIV Международной научной конференции. - Саранск: СВМО, 2019. - С. 24-28.

13. Вельмисов П.А. Математическое моделирование нелинейной динамики трубопровода / Вельмисов П.А., Покладова Ю.В., Мизхер У.Д. // Автоматизация процессов управления, 2019. — № 3 (57). — С. 93-101.

14. Вельмисов П.А. О некоторых начально-краевых задачах в аэрогидроупругости / Вельмисов П.А., Покладова Ю.В., Мизхер У.Д.// Итоги науки и техники. Современная математика и ее приложения. Тематические обзоры. - Том 190 (2021). - С. 19-33.

15. Виленкин Н.Я. Метод последовательных приближений / Н.Я. Виленкин. -М.: Наука, 1968. 108 с.

16. Водородные энергетические технологии: Материалы семинара лаборатории ВЭТ ОИВТ РАН: сб. науч. тр. - М.: ОИВТ РАН, 2017. - Вып. 1. - 190 с.

17. Гортышов Ю.Ф. Теория и техника теплофизического эксперимента: [Учеб. пособие для инж.-физ. и энергомашиностроит. спец. вузов / Ю.Ф. Гортышов, Ф.Н. Дресвянников, Н.С. Идиатуллин и др.]; Под ред. В.К. Щукина. -М.: Энергоатомиздат, 1985. - 360 с.

18. Жуков В.П. Численное исследование влияния коэффициентов турбулентной диффузии и турбулентного числа Прандтля на результаты моделирования внутрикамерных процессов в тепловых двигателях/ В.П. Жуков, H.H. Боровик, Е.А. Строкач // Изв.в. Авиационная техника ,2020. ISSN 0579-2975. - №4. - С. 139- 145.

19. Коробко В.И. Теория не автомодельных струй вязкой жидкости / В.II. Коробко. - Изд-во Саратов, ун-та. - 1977. - 220 с.

20. Куксов ILA. Исследование закрученного потока газа в цилиндрической камере на основе численного моделирования в STAR СММ+ / H.A. Куксов, В.Д. Сарычев, С.П. Мочалов, В.И. Карпенок // Вестник КемГУ 2012, № 4 (52) Т. 2. - С. 153-157.

21. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания / А. Лефевр // ГТД. - М.: Мир, -1986.-566 с.

22. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. - М., Наука, Главная редакция физико-математической литературы. - 1978. - 736 с.

23. Лойцянский Л.Г. Распространение закрученной струи в безграничном пространстве, затопленном той же жидкостью / Л.Г. Лойцянский // ПММ. - 1953. -Т. 27. - Вып. 1.-С. 3-16.

24. Маликов З.М. Асимптотика затопленной струп и процессы переноса в ней / З.М. Маликов, А.Л. Стасенко. - Труды МФТИ.- 2013. - Том 5, № 2. - С. 5925. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М:

Издательство «Машиностроение», 1969

26. Мессерлем В.Е. Газификация углеродсодержащихся отходов в плазменном реакторе. Труды IX Всероссийской конференциия с международными участиеми «Горение топлива: теория, эксперимент, приложения» / Мессерлем В.Е., Моссэм A.JT, Устименком А.Б., Ильяшева Б.Х. - Новосибирск, Россия, 2015.

27. Мизхер У.Д. Математическое моделирование закрученной струи в приложениях к малоэмиссионному сжиганию низкосортных топлив/ Мизхер У. Д., Ковальногов В. Н., Вельмисов П. А.// Журнал СВМО. 2021. - Т. 23, № 3. С. 308 -317. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.23.202103.3Q8-317

28. Мизхер У. Д. Исследование гидродинамических характеристик ламинарного потока в трубе в Ansys fluent / Мизхер У.Д. // Вузовская наука в современных условиях: сб .материалов 52-й научно-технической конференции. В 3 ч. 4.2. - Ульяновск: УлГТУ, 2018. С. 175-180.

29. Мизхер У.Д. Моделирование и исследование процессов горения топливовоздушных смесей на основе биогаза / У.Д. Мизхер, A.B. Чукалин, C.B. Бусыгин, В.Н. Ковальногов, Р.В. Федоров // Вестник УлГТУ 2-3/2020. - С. 35-41.

30. Мизхер У.Д. Моделирование процессов горения тангенциально закрученной топливовоздушной смеси / Мизхер У.Д. // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: IX Международная научная молодежная школа-семинар имени Е.В. Воскресенского. - Саранск: СВМО, 2020. - С. 247 - 251.

31. Мизхер У.Д. Применение системы ANSYS в задачах аэрогидроупругости / Мизхер У.Д., Вельмисов П.А., Анкилов A.B. // Вузовская наука в современных условиях: сб .материалов 53-й научно-технической конференции. В 3 ч. 4.2. - Ульяновск: УлГТУ, 2019. - С. 205-208.

32. Мизхер У.Д. Применение системы ANSYS для исследования струйных турбулентных течений / У.Д. Мизхер, П.А. Вельмисов // Вестник УлГТУ 4/2020.-С. 11-14.

33. Мизхер У.Д. Применение системы ANSYS для исследования тепловых и газодинамических процессов в камере сгорания / Мизхер У.Д., Ковальногов В.Н., Вельмисов П.А. // Сб .материалов 54-й научно-технической конференции. В 3 ч. Ч.З. - Ульяновск: УлГТУ, 2020. - С. 19 - 23.

34. Моссэ A.JI. Плазменные технологии и устройства для переработки отходов / Моссэ A.JL, Савчин В.В. Минск: Беларуская наука, 2015. 411 с.

35. Назукин В. А. Моделирование трёхмерных нестационарных закрученных потоков в коммерческом пакете и решателе собственной разработки на примере модельной задачи / В.А. Назукин, В.Г. Августинович, В. Thornber, Р. Aguado Lopez, B.B. Цатиашвили, E.B. Коромыслов // Вестник самарского государственного аэрокосмического университета, 2013, №3 (41), с. 197-205.

36. Овчинников A.A. Описание структуры закрученных потоков в вихревых камерах / A.A. Овчинников, В.В. Харьков // Вестник казанского технологического университета. - Казань, 2014; Том: 17, № 23. - С. 322-325.

37. Пат. на полезную модель № 20201271662. Российская Федерация: МПК F23D 17/00. Горелочное устройство для комбинированного сжигания топлива / Ковальногов В.Н., Фёдоров Р.В., Бусыгин C.B., Чукалин A.B., Мизхер У.Д.; заявитель и патентообладатель Ульян, гос. тех. ун-т —№ 201164; опубл. 01.12.2020, Бюл. №34.

38. Патент РФ на полезную модель № 139470 F23D 17/00, опубл. 20.04.2014.

39. Пиралшпвили Ш.А. Вихревой эффект. Экспериментдеория, технические решения/ Ш.А. Пиралшпвили, В.М. Поляев, М.Н. Сергеев/ под ред. А.И. Леонтьева. - М.: УНПЦ «Энергомаш», 2000. - 412 с.

40. Программный комплекс для исследования стационарных газодинамических и тепловых процессов в камере сгорания с автоматизированной подготовкой геометрических и граничных условий модели: програм. продукт / Мизхер У.Д., Ковальногов В.Н., Вельмисов П.А., Чукалин A.B., Федоров Р.В.;

УлГТУ, 2021. - Свид. о гос. per. программы для ЭВМ № 2021615282.

41. Роговой A.C. Численные исследования истечения закрученной затопленной струи / Роговой A.C.// Автомобшьний транспорт, вип. 45, 2019. С. 103-111.

42. Сигал И. Я. Газогорелочные устройства для сжига-ния биогаза в котлах / И .Я. Сигал, A.B. Марасин, A.B. Смихула // (Publisher Name, Энерготехнологии и ресурсосбережение, 2014), №. 3, pp. 68-71.

43. Снегирев А.Ю. Тепловое излучение. Основы теории и методы расчёта: учеб. пособие / А.Ю. Снегирев. - СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. - 177 с.

44. Статистический обзор мировой энергетики Statistical Review of World Energy 2020 / 69th edition.

45. Таймаров M.А. Показатели режимных параметров котлов ТГМ-84Б при сжигании в них метано-водородной фракции/ М.А. Таймаров, Р.В. Ахметова и др.//Вестник КГЭУ. -2017. -№1(33). С. 58-63.

46. Теория горения и топочные устройства. Под ред. Д.М. Хзмаляна. Учебное пособие для студентов высш. учеб. заведений. М., «Энергия», 1976, 488 с.

47. Турубаев P.P. Численное исследование аэродинамики закрученного турбулентного течения и процесса классификации частиц в вихревой камере центробежного аппарата/ P.P. Турубаев, A.B. Шваб// Вестник томского государственного университета, математика и механика (2020), № 65. С. 137-147.

48. Фалькович, C.B. Распространение закрученной струи в безграничном пространстве, затопленном той же жидкостью / C.B. Фалькович // ПММ. - 1967. -Т.31.-Вып.2.-С. 282-288.

49. Харламов С.Н. Моделирование структуры закрученных потоков в замкнутых цилиндрических каналах / Харламов С.Н., Ислямов И.Ш. // Успехи современного естествознания. - 2012. - № 6 - С. 62-64.

50. Шлихтинг, Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтинг. - М., Наука, Главная редакция физико-математической литературы. - 1969. - 744 с.

51. Южаков Иван Владимирович. Современные методы численного моделирования процессов горения / Южаков И.В., Левин Е.И.// Конференция молодых ученых, 2017. УралЭНИН, ФГАОУ ВО «УрФУ». - С. 20-23.

52. Adrien Chatelier. Experimental and Numerical Investigation of the Response of a Swirled Flame to Flow Modulations in a Non-Adiabatic Combustor / Adrien Chatelier, Thibault Guiberti, Renaud Mercier, Nicolas Bertier, Benoit Fiorina, Thierry Schuller // Flow, Turbulence and Combustion, (102), (2019), pp. 995 -1023.

53. Ajmani, K. Evaluation of CFD best practices for combustor design: part II -reacting flows / Ajmani K„ Mongia H., Lee P. // AIAA Paper №. 2013-1143, 2013.

54. Alberti M. Re-creating Hottel's emissivity charts for water vapor and extending them to 40 bar pressure using HITEMP-2010 data base / Alberti M., Weber R., Mancini M. // Combustion and Flame. - 2016. - Vol. 169. - P. 141-153, http://dx.doi.Org/10.1016/i.combustflame.2016.04.013.

55. ANSYS Fluent Theory Guide. Release 18, ANSYS, Inc. - 2017. - 830 P., https://www-ansys.com/products/fluids/ansys-fluent.

56. Beer J. Combustion Aerodynamics / Beer J. and N. Chigier. - London, Applied Science (1972). - P. 265.

57. Bowman C. Kinetics of pollutant formation and destruction in combustion / Bowman C. - Prog Energy Combust Sci 1975; 1: pp. 33^15.

58. Brookes S.J. Measurements of soot production and thermal radiation from confined turbulent jet diffusion flames of methane/ Brookes S.J., Moss J.B. - Combust Flame 1999; 116: 49-61.

59. Cassol F. Application of the weighted- sum-of-gray-gases model for media composed of arbitrary concentrations of H20, C02 and soot / Cassol F., Brittes R., Fran9a F.H.R., Ezekoye O.A. // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2014. - Vol. 79. - 796-806, http://dx.doi.Org/10.1016/i.iiheatmasstransfer.2014.08.032

60. Chukalin Andrei V. Modeling and Research of Combustion Processes of Tangentially Swirled Air-fuel Mixture / Andrei V. Chukalin, Ruslan V. Fedorov,

Vladislav N. Kovalnogov, Sergey V. Busygin, Usama J. Mizher and Petr A. Velmisov // AIP Conference Proceedings, 2021.-Vol. 2343, - Issue 1 - P. 130012-1-130012-5.

61. Chung T.J. Computational fluid dynamics / T.J. Chung // Cambridge university press, - 2010.

62. Deepika V. Multi-Swirl Lean Direct Injection Burner for Enhanced Combustion Stability and Low Pollutant Emissions / Deepika V., et al. // In ASME 2017 Gas Turbine India Conference, V001T04A018 (2017).

63. Dekterev D.A. An experimental and numerical study of the flow in the model of HPP hydro turbine / D.A. Dekterev, D.V. Platonov, and A.V. Minakov // Proc. 5th Int. Conf. on Heat and Mass Transfer and Hydrodynamics in Swirling Flows, Kazan, 2015, pp. 164-165.

64. Dewanji D. Spray Combustion Modeling in Lean Direct Injection Combustors, Part II: Multi-Point LDI / Dewanji D., Rao A.G. // Combustion Science and Technology 187:4, pp. 558-576 (2015).

65. DS, GG. Overall reaction rates of NO and N2 formation from fuel nitrogen/ DS, GG. //Pittsburg, PA, USA: The Combustion Institute; 1974. p. 1093.

66. Federico Scarpa. Thermophysical Property Estimation by Transient Experiments: The Effect of a Biased Initial Temperature Distribution / Federico Scarpa, Luca A. Tagliafico // Mathematical Problems in Engineering, vol. 2015, Article ID 494051, 9 pages, 2015. https://doi.org/10.1155/2015/494051

67. Flashback limit and mechanism of methane and syngas fuel / Gang Xu, Ying Tian, Quanbin Song et al. // ASME TURBO EXPO 2006. Paper GT 2006-90521. May 8 - 11, 2006, Barcelona, Spain.

68. Galley D. Mixing and stabilization study of a partially premixed swirling flame using laser induced fluorescence / Galley D., S. Ducruix, F. Lacas, and D. Veynante//Combustion and Flame 158 (1) (2011), pp.155 - 171.

69. Gordon I.E. The HITRAN2016 Molecular Spectroscopic Database / Gordon I.E., Rothman L.S., Hill C. et al. // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative

Transfer. - 2017. - Vol. 203. - P. 3-69, https://doi.Org/10.1016/i.iqsrt.2017.06.038.

70. Grech N. Consideration on the numerical modeling and performance of axial swirlers under relight conditions / Grech, N., C. Koupper, P.K. Zachos, V. Pachidis and R. Singh // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power (2012).

71. Guiberti T.F. Impact of heat loss and hydrogen enrichment on the shape of confined swirling flames / T.F. Guiberti, D. Durox, P. Scouflaire, T. Schuller. - Proc. Combust. Inst. 35 (2) (2015), pp. 1385-1392.

72. Guo J. Enhancement of laminar convective heat transfer relying on excitation of transverse secondary swirl flow / J. Guo, Y. Yan, W. Liu, F. Jiang and A. Fan. -International Journal of Thermal Sciences, vol. 87, pp. 199-206, 2015.

73. Guo Q.Z. Dou, Experimental and numerical study on the transient heat-transfer characteristics of circular air-jet impingement on a flat plate / Q. Guo Z. Wen R. // International Journal of Heat and Mass Transfer. 104 (2017) 1177-1188.

74. Han D. HC and CO emissions of premixed low-temperature combustion fueled by blends of diesel and gasoline / Han D., A.M. Ickes, S.V. Bohac, Z. Huang and D.N. Assanis// Fuel, (2012), 99: 13-19.

75. Hanjalic K. Challenges and options in computational modelling of turbulent swirling and rotating flows / K. Hanjalic // Proc. 5th Int. Conf. on Heat and Mass Transfer and Hydrodynamics in Swirling Flows, Kazan, October 19-22, 2015 (Svoe Izdatel'stvo, St. Petersburg, 2015), pp. 21-23.

76. Hanson Ronald K. Survey of rate constants in the N/H/O system / Hanson Ronald K, Salimian Siamak.// Combustion chemistry. US: Springer; 1984. p. 361-21.

77. Hosseini S.E. Biogas utilization: Experimental investigation on biogas flameless combustion in lab-scale furnace / Hosseini SE, Wahid MA. // Energy Conversion and Management. 2013; 74:426-32.

78. International Energy Agency, Energy Technology Perspectives-ETP2016, Harnessing electricity's potential (2016).

79. Jeswani H.K. Assessing the environmental sustainability of energy recovery

from municipal solid waste in the UK / Jeswani H.K., Azapagic A. // Waste Manag. 50, 346-363 (2016). https://doi.Org/10.1016/J.WASMAN.2016.02.010

80. Kiseleva S.V. Atlas of Renewable Energy Resources in Russia / Kiseleva, S.V., G.V. Ermolenko and O.S. Popel. - University of Chemical Technology of Russia, Moscow, 2015.

81. Kovalnogov V. Simulation Of The Processes Of Combined Fuel Combustion And Analysis Of Harmful Substances Emission / Kovalnogov V., Fedorov R., Chukalin A., Mizher U. // Procedia Environmental Science, Engineering and Management, 2021. -Vol. 8, - №. l.-P. 225-231.

82. Külsheimer C. Combustion dynamics of turbulent swirling flames / Külsheimer C., Büchner H. // Combust. Flame (2002), 131, pp. 70-84.

83. Merci B. Fluid Mechanics Aspects of Fire and Smoke Dynamics in Enclosures / Merci B., Beji T. - CRC Press, 2016. - 361 P.

84. Mercier R. Experimental and numerical investigation of the influence of thermal boundary conditions on premixed swirling flame stabilization / R. Mercier, T.F. Guiberti, A. Chatelier, D. Durox, O. Gicquel, N. Darabiha, T. Schuller, B. Fiorina // Combustion and Flame, 2016, 171, p.42-58.

85. Mizher Usama J. Simulation of the Processes of Combined Fuel Combustion and Analysis of Harmful Substances Emissions / Usama J. Mizher, Vladislav N. Kovalnogov, Andrei V. Chukalinl, Sergey V. Busyginl and Ruslan V. Fedorov // AIP Conference Proceedings, 2021. - Vol. 2343, - Issue 1 - P. 130010-1-130010-5.

86. Modest M.F. Radiative Heat Transfer in Turbulent Combustion Systems / Modest M.F., Haworth D.C. - Theory and Applications. - Springer, 2016. - P. 151.

87. Mohamad Shaiful. Experimental Analysis on the Formation of CO-NO-HC in Swirling Flow Combustion Chamber / Mohamad Shaiful, Mohammad Nazri and Wan Zaidi / Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 72:4 (2015) 21-26.

88. Nicolae Scarlat. Status and Opportunities for Energy Recovery from Municipal Solid Waste in Europe / Nicolae Scarlat, Fernando Fahl, Jean-François

Dallemand // Waste and Biomass Valorization (2019) 10:2425-2444.

89. Nizami AS. Developing waste biorefinery in Makkah / Nizami, A.S., Shahzad K., Rehan M„ Ouda O.K.M., Khan M.Z., Ismail I.M.I., Almeelbi T., Basahi J.M., Demirbas, A. - A way forward to convert urban waste into renewable energy. Appl. Energy 2017, 186, 189-196. https://doi.org/10.1016/J.APENE RGY.2016.04.116

90. Nizami A.S. Waste biore fineries: enabling circular economies in developing countries / Nizami A.S., Rehan M., Waqas M., Naqvi M., Ouda O.K., Shahzad K., Miandad R., Khan M.Z., Syamsiro M., Ismail I.M.I., Pant D. // Bioresour. Technol. 241, 1101-1117 (2017). https://doi.Org/10.1016/J.BIORTECH.2017.05.097

91. Noor M.M. The simulation of biogas combustion in a mild burner / Noor M.M., Wandel A.P., Yusaf T. // Journal of Mechanical Engineering and Sciences. 2014; 6:995-1013.

92. Norwazan A.R. Diesel Performances During Combustion using high Swirling Flow in Unconfined Burner / Norwazan A.R. and Mohd Jaafar M.N./ American-Eurasian Journal of Sustainable Agriculture; (2014), 8(7), pp. 62-68.

93. Nuntadusit C. Heat transfer enhancement by multiple swirling impinging jets with twisted-tape swirl generators / C. Nuntadusit, M. Wae-hayee, A. Bunyajitradulya and S. Eiamsaard // International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 39, pp. 102-107,2012.

94. Orbay R.C. Swirling turbulent flows in a combustion chamber with and without heat release / Orbay R.C., K.J. Nogenmyr, J. Klmgmann and X.S. Bai // Fuel, (2013),104: 133-146.

95. Platonov D.V. Calculated studies on model swirling flow of hydraulic units / D.V. Platonov, A.V. Minakov, and I.V. Litvinov // Proc. 5th Int. Conf. on Heat and Mass Transfer and Hydrodynamics in Swirling Flows, Kazan, October 19-22, 2015 (Svoe Izdatel'stvo, St. Petersburg, 2015), pp. 69-70.

96. Saqr K. M. Effects of swirl intensity on heat transfer and entropy generation in turbulent decaying swirl flow / K. M. Saqr and M. A. Wahid // Applied Thermal

Engineering, vol. 70, pp. 486-493, 2014.

97. Seyed Ehsan Hosseini. Numerical investigation of biogas flameless combustion/ Seyed Ehsan Hosseini, Ghobad Bagheri, Mazlan Abdul Wahid // Energy Conversion and Management 81 (2014); pp. 41-50.

98. Shaddix C.R. The effect of oxygen enrichment on soot formation and thermal radiation in turbulent, non-premixed methane flames / Shaddix C.R., Williams T.C. // Proceedings of the Combustion Institute. - 2017. - Vol. 36. - P. 4051-4059, http://dx.doi.Org/10.1016/i.proci.2016.06.106.

99. Shahzad, K. Biodiesel production potential from fat fraction of municipal waste in Makkah / Shahzad, K., Nizami, A.S., Sagir, M., Rehan, M., Maier, S., Khan, M.Z., Ouda, O.K.M., Ismail, I.M.I., BaFail, A.O. // PLoS ONE 12, 1-14 (2017). https ://doi.org/10.1371 /journal.pone. 0171297

100. Sharif M.A.R. Numerical investigation of round turbulent swirling jet impingement heat transfer from a hot surface / M.A.R. Sharif // Computational Thermal Sciences: An International Journal. 8 (6) (2016).

101. Sirine Chouaieb. Presumed PDF modeling of microjet assisted CH4-H2/air turbulent flames/ Sirine Chouaieb, Wassim Kriaa, Hatem Mhiri, Philippe Bournot// Energy Conversion and Management, (120), (2016), pp. 412-421.

102. Sjostrom J. Thermal exposure from large scale ethanol fuel pool fires / Sjóstróm J., Amon F., Appel G., Persson H. // Fire Safety Journal. - 2015. - Vol. 78. - P. 229-237, https://doi.Org/10.1016/i.firesaf.2015.09.003.

103. Snegirev A. On soot and radiation modeling in buoyant turbulent diffusion flames / Snegirev A., Markus E., Kuznetsov E., Harris J., Wu T. - Heat and Mass Transfer, 2018. V. 54, № 8. - P. 2275-2293. https://doi.org/10.1007/sQ0231-017-2198-x.

104. Snegirev A. Transient dynamics of radiative extinction in low-momentum microgravity diffusion flames / Snegirev A., Kuznetsov E., Markus E., Dehghani P., Sunderland P. - Proceedings of the Combustion Institute. - 2020. - Vol. 38, https://doi.Org/10.1016/i.proci.2020.06.110.

105. Syred N. The effect of hydrogen containing fuel blends upon flashback in swirl burners / Syred N., M. Abdulsada, A. Griffiths, T.O. Doherty and Bowen. -Applied Energy, (2012), 89: 106-110.

106. Tacina K.M. A second generation swirl-venturi lean direct injection combustion concept / Tacina, K.M., et al. // In 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, (2014), p. 3434.

107. Tacina K.M. Gaseous Emissions Results from a Three-Cup Flame tube Test of a Third-Generation Swirl-Venturi Lean Direct Injection Combustion Concept / Tacina K.M., et al. // 2017, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170008735 .pdf

108. Temme J.E. Combustion instability of a lean premixed prevaporized gas turbine combustor studied using phase-averaged PIV / Temme J.E., Allison P.M., Driscoll J.F. // Combustion and Flame (2014), 161(4), pp. 958-970.

109. U.S. Energy Information Administration (EIA), International Energy Outlook 2013 with Projections to 2040 (2013).

110. Velmisov Petr A. Asymptotic study of heat and mass transfer processes in viscous fluids / Petr A. Velmisov, Usama J. Mizher // AIP Conference Proceedings, 2021. - Vol. 2333,-Issue 1 - P. 120003-1-120003-12.

111. Velmisov Petr A. Mathematical modeling of the mechanical system «pipeline - pressure sensor» / Petr A. Velmisov, Yuliya V. Pokladova, and Usama J. Mizher // AIP Conference Proceedings, 2019. - Vol. 2172, Issue 1. - P. 030006-1030006-12.

112. Velmisov, P.A. Asymptotic study of nonlinear viscous gas flows / P.A. Velmisov, U.J. Mizher, E.P. Semenova // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 2048, Issue 1. - pp. 040012-1-040012-11.

113. Versteeg H.K. An introduction to computational fluid dynamics / H.K. Versteeg and W. Malalasekera // 2nd ed., 2007. 517 p.

114. Wankhede, M.J. Combustor Design Optimization Using Co-Kriging of

Steady and Unsteady Turbulent Combustion / Wankhede M.J., Bressloff N.W., Keane A.J. // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 133, Issue 12, 2011.

115. Zohir A.E. Heat transfer enhancement through sudden expansion pipe airflow using swirl generator with different angles /A.E. Zohir and A.G. Gomaa // Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 45, pp. 146-154, 2013.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Свидетельства о государственной регистрации

программы

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Патент на право интеллектуальной собственности

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты внедрения результатов кандидатской работы

Комиссия в составе: Председатель:

Блохин A.B. - технический директор Ульяновской ТЭЦ - 1 филиала «Ульяновский» ПАО «Т ПЛЮС». Члены комиссии:

Полубесов Д.В. - заместитель технического директора Ульяновской ТЭЦ - 1 филиала «Ульяновский» ПАО «Т ПЛЮС»,

Чукалин A.B. - начальник КТЦ Ульяновской ТЭЦ - 1 филиала «Ульяновский» ПАО «Т ПЛЮС»,

Подкопаев C.B. - ведущий инженер по эксплуатации КТЦ Ульяновской ТЭЦ - 1 филиала «Ульяновский» ПАО «Т ПЛЮС»,

Составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы: «Математическое моделирование и численное исследование закрученной реагирующей топливно-воздушной струи в приложениях к проектированию малоэмиссионных энергоустановок на низкосортных топливах», представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук, используются в аналитической и учебной деятельности на Ульяновской ТЭЦ - 1 филиала «Ульяновский» ПАО «Т ПЛЮС».

С использованием программного комплекса проведены исследования эффективности малоэмиссионного горения ультрабедной смеси.

УЛЬЯНОВСК

Филиал «Ульяновский» ПАО «T Плюс»

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Мизхер Усама Джавад

Председатель: Члены комиссии: