Шаңкөмірлі отынды жағу кезіндегі жану камерасының температуралық сипаттамаларына ауырлық күшінің әсері

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1 ШАҢКӨМІРЛІ ОТЫННЫҢ ЖАНУЫ БАРЫСЫНДАҒЫ ЖЫЛУ ЖӘНЕ МАССА АЛМАСУ ПРОЦЕСТЕРІН ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ ... ...
1.1 Тәжірибелік әдіс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.2 Теориялық әдіс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.3 Сандық әдіс. Артықшылықтары мен кемшіліктері ... ... ... ... ... ...
2 БКЗ.75 39 ФБ, ШАХТИНСК ЖЭО ЖАНУ КАМЕРАСЫНДА КӨМІР ТОЗАҢЫН ЖАҒУДЫҢ МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛІ ... ... ... ... ... ..
2.1 Үзіліссіздік теңдеуі және импульстің сақталу заңы ... ... ... ... ... ... ..
2.2 Энергия теңдеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3 Компонента үшін теңдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.4 Бастапқы және шекаралық шарттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.5 Турбуленттілікті модельдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.5.1 Рейнольдсті орташалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.5.2 к.ε турбуленттілік модельдер тобы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3 БКЗ.75 39 ФБ, ШАХТИНСК ЖЭО ЖАНУ КАМЕРАСЫНДАҒЫ ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ СИПАТТАМАЛАРЫНА МОДЕЛЬДЕУ ... ... ...
3.1 Сәулелену арқылы жылу алмасу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.2 Сәулелік жылу алмасу теңдеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.3 Әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.4 Интегралдаушы көбейткіштің көмегімен жылу беру теңдеуін интегралдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.5 Диффузиялық әдіс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.6 Жуықталған шешімдер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.7 Астрофизикалық жуықтаулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.8 Шустер.Шварцильд жуықтауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.9 Милн. Эдингтон жуықтауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.10 Дифференциалдық жуықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.11 Монте Карло әдісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.12 Ағындар мен дискретті ординаталар әдісі ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.13 Қос ағындық әдіс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.14 Алты отындықты модель ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.15 Есептің физикалық қойылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.16 Есептеу тәжірибесінің нәтижелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

Табиғат пен техникада жану камераларында шаңкөмірлі алаудың жануы барысында өтетін физика-химиялық жылу тасымалы процестерін модельдеу барысында жылудың орасан зор мөлшері бөлінумен қоса жүретін жылдам өтетін экзотермиялық процестер – жану процестері маңызды орын иеленеді. Ормандағы өрттің қалыптасуы мен дамуында, тас көмірлерді, ағашты, мұнай өнімдерін жағу кезінде, іштен жану қозғалтқыштарының жұмысы барысында жану процестері өтеді. Осы процестер ғимараттар мен құрылыстарда да өтеді. Бірдей физика-химиялық табиғаты болғанымен пештер мен өрт кезіндегі жану процестерінің ауқымы, жылу және масса алмасу шарттары ерекшеленеді.
Отындардың балама түрлерін қолдану, атмосфераға бөлінетін зиянды қалдықтарды кемітіп, бірмезгілде энергетикалық кешендердің негізгі көрсеткіштерін жақсартатын төменгі сұрыпты отындардың жаңа түрлерін жасау және ағымдағыларын жетілдіру жылу энергетикасы үшін айтарлықтай маңызды. Ұсынылып отырған зерттеулердің техникалық жүзеге асуы күрделі практикалық мәселелерді зерттеуге қолданылатын сандық әдістердің дамуымен байланысты мәселелерді өзектендіруде жатыр.
Жүргізілген зерттеудің практикалық құндылығы ұсынылып отырған зерттеу әдісінің әмбебаптылығымен анықталады, соңғысы республикамыздың түрлі энергетикалық нысандарында кеңінен қолданылады. Шаңкөмірлі отынның жану процестерін жетілдіруге арналған жетекші технологиялық әдістерді жасау мен осы процесті ұйымдастыру үшін балама тәсілдерді қолдану қазіргі таңда Қазақстан Республикасының энергетикалық кешені үшін анағұрлым өзекті болып отыр.
Табиғат ресурстарының азаюы мен қоршаған ортаның ластануы жағдайында энергияны үнемдеу мен көмірді тұтыну бағамын азайту мәселелерін шешу жылу энергетикасының маңызды сауалдары болып табылады. Өндірістің қарқынды дамуы мен қоршаған ортаға оның тигізетін кері әсері (жылулық, химиялық, радиоактивті ластану) артып кеткені соншалық оның бұрынғыдай табиғи жолдармен, терең ойластырылған ғылыми зерттеулер кешенінсіз, заңнамалық және технологиялық шараларсыз алдын алу мүмкін болмай қалды.
Техниканың даму тарихында аталмыш процесс маңызды орынды иеленіп келеді, сонымен қатар энергетиканың негізіне айналды. Бұл, атап айтсақ – молекула аралық байланыстардың химиялық энергиясының физика-химиялық түрлену процестері, молекулалық және атомдық деңгейлердегі энергияның жылу мен жарыққа түрленуінің физикалық процестері және сондай-ақ бірмезгілде өтетін өзге процестер.
Отынның жануы – химиялық жану реакциясының бірқатар физикалық процестермен өзара әсерлесу күрделі шарттарында өтетін, жылудың қарқынды бөлінуімен қоса жүретін отынның жанғыш элементтерінің тотықтырғышпен жоғары температурада қосылуының физика-химиялық реакциясы.

1 Максимов В.Ю Численное моделирование турбулентных течений с дополнительным источником массы. Диссертация на соискание степени магистра технических наук.- КазНУ имени аль - Фараби.- 2010.- 49с.
2 Askarova A.S., Heierle Ye., Leithner R., Müller H.CFD simulationen der NOx production in Kohlenstaub-befeuerten Brennkammern. VDI-Berichte 2056, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf, 2009, S.575-579.
3 Аскарова А.С. Тепломассоперенос при сжигании твердого топлива в промышленных котлах на примере павлодарской ТЭЦ. // Теплофизика и аэромеханика, Новосибирск; 2001.-том7, № 2. С.293-300.
4 S.A. Bolegenova, Ye. I. Lavrichsheva, V. Ju. Maksimov Combustion of low- rank coals in turnases of Kazakhstan coal- firing power plans (al- Farabi Kazakh National University, Almaty, Prof. A.S.Askarova; Institut fur Warme- und Brennstofftechnik, TU Braunschweig, Braunschweig, Germany) // Тезисы докладов III Международного конгресса студентов, магистрантов и молодых ученых «Мир науки», посвященного 75-летию КазНУ.- Алматы, 2009. – С.29.
5 V. Ju. Maksimov, A. Magda, Die zahlenmässige modelierung des turbulenten Strömungen der Flüssigkeit, (al- Farabi namen Kasahische Nationalen Universitet, Almaty, Prof. A.S.Askarova; Institut fur Warme- und Brennstofftechnik, TU Braunschweig, Braunschweig, Deutschland). // Тезисы докладов III Международного конгресса студентов, магистрантов и молодых ученых «Мир науки», посвященного 75-летию КазНУ.- Алматы, 2009. – С.30.
6 Lockwood F.C., Shan N.G. A new radiation solution method for incorporation in general combustion prediction procedures // Proc. 18th Intern. Symp. On Combustion. Pittsburg. The Combustion Inst., 1981. P. 1405-1413.
7 Аскарова А.С., Болегенова С.А., Максимов В.Ю. Численное моделирование турбулентных течений // Материалы II Международной школы – конференции молодых ученых «Физика и химия наноматериалов», 12-16 октября 2009 года, Россия, Томск.- С.57-60.
8 Аскарова А.С. Тепломассоперенос при сжигании твердого топлива в промышленных котлах на примере павлодарской ТЭЦ. // Теплофизика и аэромеханика, Новосибирск; 2001.-том7, № 2. С.293-300.
9 Pauker W. Creating data sets for Florean using the tool PREPROZ, TU. – Braunschweig: IWBT, 1997. – 3–24 s.
10 Müller H. Numerische Berechnung dreidimensionaler turbulenter Strömungen in Dampferzeugern mit Wärmeübergang und chemischen Reactionen am Beispiel des SNCR–Verfahrens und der Kohleverbrennung: Fortschritt–Berichte VDI–Verlag. –1992. – Reiche 6, №268. – 158 s.
11 Hoppe, A., Vockrodt, S., Müller, H., Leithner, R. Einsatz von CFD- Simulationen zur Optimierung von Braunkohlefeuerungen// 9th conference on boiler technology.- Szczyrk, 2002.
12 Müller, H., Schiller, A. Prediction of Combustion and Pollutant Formation in Coal Fired Furnaces // 6th Int. Conference on Combustion and Heat Technics. - Ungarn, 1994. –P.45-52.
13 De Soete, G.G. Overall reaction rates of NO and N2 formation from fuel nitrogen // 15th international symposium on combustion. – Pittsburg, 1975. – P. 1093-1102.
14 Mitchell, J.W., Tarbell, J.M. A kinetic model of nitric oxide formation during pulverized coal combustion // AIChE Jornal. – 1982. – Vol.28. – P. 302-320.
15 Аскарова А.С., Болегенова С.А., Лаврищева Е.И., Локтионова И.В. 3-D моделирование процессов тепломассопереноса в реагирующих средах в областях реальной геометрии // Доклады Национальной Академии Наук РК. Сер.физ.-мат. – 2002. – № 5. – С.16-20.
16 Ramsey J.W., Goldstein R.J. Deflected flow//Combust. Flame. - 1980. - V.38. - N1. - P.1-15.
17 А.С.Аскарова, С.А. Болегенова, В.Ю. Максимов, М.Т. Бекетаева, З. Габитова Влияние турбулентности на процесс горения в реальной камере сгорания // Международная научная интернет-конференция «Наука и современность – 2012».- Алматы, 08.10.12 по 15.10.12.- с. 53-59.
18 А.С.Аскарова, С.А. Болегенова, В.Ю. Максимов, М.Т. Бекетаева, А. Бекмухамет Численное моделирование пылеугольного топлива в камере сгорания котла БКЗ - 160 в целях уменьшения выбросов вредных веществ // Всероссийская молодежная научная школа «Актуальные проблемы физики» в рамках фестиваля науки.- 19-21 сентября 2012 года.- Таганрог, Россия.- с.189-190.
19 А.С. Аскарова, С.А. Болегенова, В.Ю. Максимов, В.Е. Мессерле, А.Б. Устименко, А. Бекмухамет Численное моделирование горения твердого топлива // VIII Всероссийская конференция с международным участием «ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА», 13-16 ноября 2012 года.- Новосибирск, Россия.- с. 10.1-10.7.
20 А.С.Аскарова, С.А. Болегенова, В.Ю. Максимов, Ш.С. Оспанова, А. Бекмухамет Исследование образования вредных веществ в камере сгорания БКЗ-75 Шахтинской ТЭЦ // VIII Всероссийская конференция с международным участием «ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА», 13-16 ноября 2012 года.- Новосибирск, Россия.- с. 9.1-9.4.
21 А.С.Аскарова, С.А. Болегенова, В.Ю. Максимов, М.Т. Бекетаева, А. Бекмухамет Получение температурных и аэродинамических характеристик камеры сгорания котла БКЗ-75 Шахтинской ТЭЦ методом моделирования топочных процессов // VIII Всероссийская конференция с международным участием «ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА», 13-16 ноября 2012 года.- Новосибирск, Россия.- с. 8.1-8.8.
22 Askarova A.S., Bolegenova S., Maximov V., Bekmukhamet A. Mathematical simulation of pulverized coal in combustion chamber // International Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA 2012.- 25-29 August.- Praha, Czech Republic.-№ 656, р. 3.197.
23 Askarova A.S., Bolegenova S., Maximov V., Ospanova Sh., Bekmukhamet A. Numerical research of aerodynamic characteristics of combustion chamber BKZ-75 mining thermal power station // International Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA 2012.- 25-29 August.- №389, Praha, Czech Republic.- р. 3.162.
24 Askarova A.S., Bolegenova S., Maximov V., Bekmukhamet A. Mathematical simulation of pulverized coal in combustion chamber // Procedia Engineering.- ELSEVIER, Praha, Czech Republic, 2012.- p. 1259-1265.
25 Askarova A.S., Bolegenova S., Maximov V., Ospanova Sh., Bekmukhamet A. Numerical research of aerodynamic characteristics of combustion chamber BKZ-75 mining thermal power station // Procedia Engineering.- ELSEVIER, Praha, Czech Republic, 2012.- p. 1365-1374.
26 Устименко Б.П., Джакупов К.Б., Кроль В.О. Численное моделирование аэродинамики и горения в топочных и технологических устройствах. – Алма–Ата: Наука, 1986. – 222 с.
27 Filla M., Maresa. G. A Flux Method Approach to the Radiative Transfer in a Cracking Furnace // Riv. Combust. – 1975. – Vol.7, №8. – Р.321– 328.
28 Weber K. Dreidimensionale Simulation der Gas–Festoff–Strömung in kohlegefeuerten Dampferzeugern: Fortschritt–Berichte VDI–Verlag. – 1999. – Reihe 6, №415. – 198 s.
29 Richter W. Anwendungen von Berechnungsmodellen für Feuerräume // VGB Kraftwerkstechnik. – 1982. – R.62, №10. – S. 845–852.
30 Müller H. Numerische Berechnung dreidimensionaler turbulenter Strömungen in Dampferzeugern mit Wärmeübergang und chemischen Reactionen am Beispiel des SNCR–Verfahrens und der Kohleverbrennung: Fortschritt–Berichte VDI–Verlag. –1992. – Reiche 6, №268. – 158 s.
31 Spаlding D.B. GENMIX: General computer program for two–dimensional parabalic phenomena. – London: Imperial college of Science and Technology, 1977. – 270 р.
32 Askarova A.S., Lavrichsheva E.I., Loktionova I., Leitner R., Vockrodt S. Usage of plasma technologies for increasing power plant efficiency and decreasing emissions of harmful Substances in the process of low-grade coal burning // XXXIII Kraftwerkstechnisches Kolloquim. – Dresden, 2001. – S.12a-b.
33 Pauker W. Creating data sets for Florean using the tool PREPROZ, TU. – Braunschweig: IWBT, 1997. – 3–24 s.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 67 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім және ғылым Министрлігі

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

Физика-техникалық факультеті

Жылуфизика және техникалық физика кафедрасы

Қорғауға жіберілді

Кафедра меңгерушісі, профессор
___________ Бөлегенова С.Ә.

ДИПЛОМДЫҚ ЖУМЫС

Шаңкөмірлі отынды жағу кезіндегі жану камерасының температуралық
сипаттамаларына ауырлық күшінің әсері

Мамандығы: 050604 - Физика

Орындаған 4 курс студенті ________________________ Б.С. Қошаманова
(қолы, күні)

Ғылыми жетекші _______________________ В.Ю. Максимов
Т.ғ.м., оқытушы (қолы, күні)

Алматы, 2013

РЕФЕРАТ

Дипломдық жұмыс - 67 беттен, 14 суреттен, 2 кестеден, 33 пайдаланылған
әдебиеттер тізіменен тұрады.

Шаңкөмірлі отын, температуралық сипаттамалар, жану камерасы,
жылуалмасу құрылғылары, жану, сандық модельдеу, сандық тәжірибе.

Жұмыстың мақсаты: сандық әдістерді қолдана отырып, шаңкөмірлі отынды
жағу кезіндегі жану камерасының температуралық сипаттамаларына ауырлық
күшінің әсерін зерттеу.

Зерттеу әдісі: есептеу тәжірибесі.

Алынған нәтижелердің жаңалығы мен практикалық құндылығы:
Жүргізілген зерттеудің практикалық құндылығы ұсынылып отырған зерттеу
әдісінің әмбебаптылығымен анықталады, соңғысы республикамыздың түрлі
энергетикалық нысандарында кеңінен қолданылады. Шаңкөмірлі отынның жану
процестерін жетілдіруге арналған жетекші технологиялық әдістерді жасау мен
осы процесті ұйымдастыру үшін балама тәсілдерді қолдану қазіргі таңда
Қазақстан Республикасының энергетикалық кешені үшін анағұрлым өзекті болып
отыр.
Табиғат ресурстарының азаюы мен қоршаған ортаның ластануы жағдайында
энергияны үнемдеу мен көмірді тұтыну бағамын азайту мәселелерін шешу жылу
энергетикасының маңызды сауалдары болып табылады. Өндірістің қарқынды дамуы
мен қоршаған ортаға оның тигізетін кері әсері (жылулық, химиялық,
радиоактивті ластану) артып кеткені соншалық оның бұрынғыдай табиғи
жолдармен, терең ойластырылған ғылыми зерттеулер кешенінсіз, заңнамалық
және технологиялық шараларсыз алдын алу мүмкін болмай қалды.
Практикалық қолдану тұрғысынан нақты геометриялы облыстардағы физика-
химиялық процестер болғандағы жылумасса тасымалы процестерін модельдеу
сауалдары аса маңызды болып отыр. Мұндай облыстарға түрлі жылу
энергетикалық құрылғылардың жану камералары жатады.
Осы сауалдарды қарастыру бір жағынан, елдің энергетикалық
қауіпсіздігі концепциясы тұрғысынан және екінші жағынан, атмосфераға
бөлінетін зиянды қалдықтардың нормаларын қатаң түрде ұстау және
құрылғыларды үнемді қолдана білу арқылы отынды таза жағу процестерін
жасаумен өзекті болып отыр.

ГЛОССАРИЙ

Шаңкөмірлі отын – қорытқы көмір мен кокстенетін көмір тапшылығының орнын
толтыруға мүмкіндік беретін елдің қара металлургиясының отындық базасының
қуаты зор энергетикалық қоры.

Отынның жануы – химиялық жану реакциясының бірқатар физикалық процестерімен
өзара әсерлесу күрделі шарттарында өтетін, жылудың қарқынды бөлінуімен қоса
жүретін отынның жанғыш элементтерінің тотықтырғышпен жоғары температурада
қосылуының физика-химиялық реакциясы.

Сандық тәжірибе – бұл модельдің бір параметрі бойынша оның өзге
параметрлері есептелінетін және осының негізінде математикалық модель
арқылы сипатталатын нысанның қасиеттері туралы қорытынды жасалынатын ЭЕМ
көмегімен зерттеу нысанының математикалық моделімен жасалынатын тәжірибе.

Жану камерасы – жанғыш қоспа немесе қатты отынның жануы жүзеге асатын
қозғалтқыштың немесе пештің (соңғы жағдайда жану камерасы отындық деп
аталады) бұйымдарының жиынтығынан құралатын көлем.

Компьютерлік модельдеу немесе сандық модельдеу – жеке компьютерде,
суперкомпьютерде немесе көптеген өзара байланысқан компьютерлерде (есептеу
тармақтары) жұмыс жасайтын, нысанды, жүйені немесе түсініктерді нақтыдан
ерекше, бірақ, алгоритмдік бейнеге жуықталған, жүйенің қасиеттері мен
олардың уақыт бойынша өзгеріс динамикасын сипаттайтын түрде жүзеге асыратын
бағдарлама.

Жылу алмасу құрылғылары – бір жылу тасымалдауыштан екіншісіне жылу беруге
арналған қондырғылар.

Белгілеулер мен қысқартулар

ρ - тығыздық, кгм3
p – статикалық қысым, Па
V – көлем, м3
m - масса, кг
τіj – тұтқыр кернеу тензоры
uі – жылдамдық құраушылары, мс
x, y, z - координаталар
δіj – Кронекер символы
t - уақыт, с
E - толық энергия, кДж
Fі – сыртқы массалық күштер, H
qj – жылу ағынының тығыздығы, кВтм2
jі – диффузиялық ағын тығыздығы, кгс.м
T - температура, К
- жылуөткізгіштік коэффициенті, кВтм.К
h – меншікті энтальпия, кДжкг
k – кинетикалық турбуленттілік энергиясы, м2с2
ε – турбуленттік кинетикалық энергияның диссипация жылдамдығы, м2с3
μ- динамикалық тұтқырлық, кгм.с
Сε2, Сε1, сμ – турбуленттілік моделінің эмпирикалық тұрақтылары
q –қорытқы көмірдің жану реакциясы жылдамдығы, (кгм2сек)
d – бөлшек диаметрі (м),
S – икөздік (сток) мүше,
Ea – активация энергиясы (Джмоль)
kd – диффузия жылдамдығы тұрақтысы
kc – химиялық жылдамдық коэффициенті
- қорытқы көмір бөлшегінің бірлік массасына сәйкес толық сыртқы бет,
м2
Іν – сәулелену интенсивтілігі, кВтм2.рад
- оптикалық дифференциалдық қалыңдық
ω – кеңістіктік бұрыш, рад
σ - Стефана-Больцман тұрақтысы, кВтм2.К4
R – универсал газ тұрақтысы, Джмоль.К
M – молярлық масса, кгмоль
νх – меншікті стехиометрия коэффициенті
Aр – бір сфералық бөлшектің сыртқы бетінің ауданы, м2.
Kеλ – монохромат өшу коэффициенттері
Каλ – монохромат жұтылу коэффициенттері
КSλ – монохромат шашырау коэффициенттері
Pr – Прандтль саны
Sh – Шварцшильд саны
Nu – Нуссельт саны
МАЗМҰНЫ

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
1 ШАҢКӨМІРЛІ ОТЫННЫҢ ЖАНУЫ БАРЫСЫНДАҒЫ ЖЫЛУ ЖӘНЕ МАССА АЛМАСУ
ПРОЦЕСТЕРІН ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ ... ... 10
1.1 Тәжірибелік әдіс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.2 Теориялық әдіс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.3 Сандық әдіс. Артықшылықтары мен кемшіліктері ... ... ... ... ... ... 12
2 БКЗ-75 39 ФБ, ШАХТИНСК ЖЭО ЖАНУ КАМЕРАСЫНДА КӨМІР ТОЗАҢЫН ЖАҒУДЫҢ
МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛІ ... ... ... ... ... .. 19
2.1 Үзіліссіздік теңдеуі және импульстің сақталу 19
заңы ... ... ... ... ... ... .. 20
2.2 Энергия теңдеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
2.3 Компонента үшін теңдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
2.4 Бастапқы және шекаралық шарттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 24
2.5 Турбуленттілікті модельдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
2.5.1 Рейнольдсті орташалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 27
2.5.2 к-ε турбуленттілік модельдер тобы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3 БКЗ-75 39 ФБ, ШАХТИНСК ЖЭО ЖАНУ КАМЕРАСЫНДАҒЫ ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ 35
СИПАТТАМАЛАРЫНА МОДЕЛЬДЕУ ... ... ... 35
3.1 Сәулелену арқылы жылу алмасу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
3.2 Сәулелік жылу алмасу теңдеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 40
3.3 Әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ..
3.4 Интегралдаушы көбейткіштің көмегімен жылу беру теңдеуін 40
интегралдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... . 40
3.5 Диффузиялық әдіс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41
3.6 Жуықталған шешімдер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
3.7 Астрофизикалық жуықтаулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
3.8 Шустер-Шварцильд жуықтауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 43
3.9 Милн- Эдингтон жуықтауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 43
3.10 Дифференциалдық жуықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
3.11 Монте Карло әдісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
3.12 Ағындар мен дискретті ординаталар әдісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
3.13 Қос ағындық әдіс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 50
3.14 Алты отындықты модель ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
3.15 Есептің физикалық қойылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 57
3.16 Есептеу тәжірибесінің нәтижелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 63
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 64
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

КІРІСПЕ

Табиғат пен техникада жану камераларында шаңкөмірлі алаудың жануы
барысында өтетін физика-химиялық жылу тасымалы процестерін модельдеу
барысында жылудың орасан зор мөлшері бөлінумен қоса жүретін жылдам өтетін
экзотермиялық процестер – жану процестері маңызды орын иеленеді. Ормандағы
өрттің қалыптасуы мен дамуында, тас көмірлерді, ағашты, мұнай өнімдерін
жағу кезінде, іштен жану қозғалтқыштарының жұмысы барысында жану процестері
өтеді. Осы процестер ғимараттар мен құрылыстарда да өтеді. Бірдей физика-
химиялық табиғаты болғанымен пештер мен өрт кезіндегі жану процестерінің
ауқымы, жылу және масса алмасу шарттары ерекшеленеді.
Отындардың балама түрлерін қолдану, атмосфераға бөлінетін зиянды
қалдықтарды кемітіп, бірмезгілде энергетикалық кешендердің негізгі
көрсеткіштерін жақсартатын төменгі сұрыпты отындардың жаңа түрлерін жасау
және ағымдағыларын жетілдіру жылу энергетикасы үшін айтарлықтай маңызды.
Ұсынылып отырған зерттеулердің техникалық жүзеге асуы күрделі практикалық
мәселелерді зерттеуге қолданылатын сандық әдістердің дамуымен байланысты
мәселелерді өзектендіруде жатыр.
Жүргізілген зерттеудің практикалық құндылығы ұсынылып отырған зерттеу
әдісінің әмбебаптылығымен анықталады, соңғысы республикамыздың түрлі
энергетикалық нысандарында кеңінен қолданылады. Шаңкөмірлі отынның жану
процестерін жетілдіруге арналған жетекші технологиялық әдістерді жасау мен
осы процесті ұйымдастыру үшін балама тәсілдерді қолдану қазіргі таңда
Қазақстан Республикасының энергетикалық кешені үшін анағұрлым өзекті болып
отыр.
Табиғат ресурстарының азаюы мен қоршаған ортаның ластануы жағдайында
энергияны үнемдеу мен көмірді тұтыну бағамын азайту мәселелерін шешу жылу
энергетикасының маңызды сауалдары болып табылады. Өндірістің қарқынды дамуы
мен қоршаған ортаға оның тигізетін кері әсері (жылулық, химиялық,
радиоактивті ластану) артып кеткені соншалық оның бұрынғыдай табиғи
жолдармен, терең ойластырылған ғылыми зерттеулер кешенінсіз, заңнамалық
және технологиялық шараларсыз алдын алу мүмкін болмай қалды.
Техниканың даму тарихында аталмыш процесс маңызды орынды иеленіп
келеді, сонымен қатар энергетиканың негізіне айналды. Бұл, атап айтсақ –
молекула аралық байланыстардың химиялық энергиясының физика-химиялық
түрлену процестері, молекулалық және атомдық деңгейлердегі энергияның жылу
мен жарыққа түрленуінің физикалық процестері және сондай-ақ бірмезгілде
өтетін өзге процестер.
Отынның жануы – химиялық жану реакциясының бірқатар физикалық
процестермен өзара әсерлесу күрделі шарттарында өтетін, жылудың қарқынды
бөлінуімен қоса жүретін отынның жанғыш элементтерінің тотықтырғышпен жоғары
температурада қосылуының физика-химиялық реакциясы.
Қазіргі таңда сандық тәжірибе нақты процестердің, оның ішінде
физикалық процестердің математикалық модельдерін қолдануға негізделеді.
Неғұрлым модель қандай да бір процестерді бейнелейтін болса, соғұрлым осы
модель мен қойылған тәжірибе негізінде алынған нәтижелердің сәйкестігі де
дәлірек бола түседі. Тәжірибемен жақсы сәйкес болуы үшін бір ғана модель
жеткіліксіз. Математикалық модельді жүзеге асыру нәтижесінде алынатын
теңдеулер жүйесін шешудің сонымен қатар әдісі де қажет, өйткені, сандық
шешім моделі сәйкес келмей, алынатын нәтижелерге айнуларды енгізбейтін
болуы мүмкін. Оған қоса аналитикалық шешімді тек сызықты жүйелерге ғана
алуға мүмкіндік бар.
Нақты физикалық процестерді сипаттайтын көптеген дифференциалдық
теңдеулер – бейсызықты, оларды әдетте тек сандық түрде ғана шешуге болады.
Бейсызықты жүйелерді шешу барысында көптеген қиындықтар туындауы
мүмкін. Егер дифференциалдық теңдеулер жүйесін сандық шешу туралы
қарастыратын болсақ, аталған теңдеулер жүйесі шешілетін есептеу жүйесін
назарға алған жөн. Есептеу жүйесін қолданбай-ақ, мысалы, аналитикалық түрде
немесе бірпроцессорлы компьютердің көмегімен турбуленттік обылыстағы
газодинамикалық параметрлерді есептеу мүмкін емес. Егер математикалық
модельді шешу әдісімен қоса қарастыратын болсақ, онда сандық әдіс мүмкін
болады, егер тиімді модель мен шешу әдісімен қоса процессорлар арасындағы
коммутацияның заманауи жүйесімен көпядролық есептеу жүйесі қолданылатын
болса, соңғысы ақпаратты бір жедел блоктан екіншісіне тасымалдау барысында
болатын технологиялық шығындарды азайтуға мүмкіндік береді. Нәтижесінде
турбуленттік ағыстарды зерттеу барысында мынадай кешенді естен шығармаған
жөн: көпядролық есептеу жүйесі, жақсы математикалық модель және
математикалық модельдің негізін қалайтын дифференциалдық теңдеулер жүйесін
шешудің нақты әдісі.
Заманауи компьютерлердің технологиялық мүмкіндіктерінің жылдам дамуы,
есептерді шешудің есептеу әдістерінің дамуындағы алға жылжудың және
қазіргі кездегі есептеу машиналарының қуатының артуы нәтижесінде жылумасса
алмасу процестерін теориялық зерттеулер заманауи есептеу техникасын қолдана
отырып, оларды сандық модельдеуге негізделеді.
Отынды қолданудың тиімділігін арттыру мен қоршаған ортаны зиянды шаң,
газды қалдықтардан қорғауға қойылатын талаптардың артуы жаңа жетекші жағу
технологияларының дамуына алып келді, өйткені, жану процесіне жандандырудың
ағымдағы әдістері, сонымен қатар құрылғыларды жетілдіру шекті нәтижелерді
бермейді. Осы шарттардың төңірегінде төменгі сұрыпты отындарды жағуды
жақсарту жану аймағындағы процеске әсер ету арқылы жүзеге асырылады. Бұған
жану аймағындағы температураны арттыру арқылы, отынның реакциялық қабілетін
жоғарылату, сонымен қатар жылумасса алмасу процестерін қарқындандыру арқылы
қол жеткізуге болады.
Көмірсутекті отын күрделі химиялық зат болғандықтан және жану
процестері әлі де жетіле қоймағандықтан, оны жағу барысында көптеген
серіктес заттар мен зиянды газдар қалыптасады, соңғылары отынның
пайдаланылмаған ішкі энергиясын атмосфераға қоса алып кетіп, біздің
ғаламшарды ластайды. Идеал отын дегеніміз – бұл сутегі. Сутегінің оттегіде
жануы идеал түрде таза өтеді. Бірақ, сутегі мен оттегіні алу технологиясы
қазіргі таңда қымбатқа түсетін болғандықтан, ал оның жану процесі
жарылыспен ұштасып жатқандықтан сутекті жылу машиналары мен технологиялар
жаппай қолданысқа ие бола алмай отыр және отын ретінде әлі де болса
органикалық заттар қолданылып келеді.
ҚР энергетика саласының заманауи дамуы елдің отын-энергетикалық
балансындағы төменгі сұрыпты отын түрлерінің айтарлықтай артуымен
сипатталады. Ішінара болашақта төменгі сұрыпты көмірлерді жылу электр
станцияларында (ЖЭС) негізгі отын түрі ретінде кең ауқымды қолдану көзделіп
отыр. Қазіргі уақытта ТМД елдерінің ЖЭС-да күлділігі (40-50%), ылғалдылығы
(30-40%) жоғары, күкірттілігі (1-3%) және ұшпа заттардың компоненттердің
шығысы (5-15%) төмен көмірлер жағылады.
Нұрсұлтан Назарбаев өзінің Қазақстан – 2050 стратегиясы: қалыптасқан
мемлекеттің жаңа саяси бағыты атты Қазақстан халқына Жолдауында ХХІ
ғасырдың он ғаламдық шарттарын атай отырып, алтыншы бөлімде былай деді:
Жердің табиғат қорларының шектеулігі, сарқылатындығы жағдайында
адамзат атаулының тұтыну деңгейінің артуы әр түрлі бағыттағы теріс және оң
процестері тудыратыны сөзсіз. Біздің еліміздің бірқатар артықшылықтары бар.
Тәңір бізге орасан зор табиғат байлықтарын берді. Өзге елдер мен халықтарға
біздің қорларымыз сөзсіз қажет болады. Бізге өзіміздің табиғат
байлықтарымызға деген көзқарасымызды қайта қараған дұрыс сияқты. Біз оларды
дұрыс басқаруды үйреніп, оларды сатудан қазынаға кіріс келтіріп, ең бастысы
еліміздің байлық қорларын тұрақты экономикалық өсуге мүмкіндігінше тиімді
бейімдеуіміз керек, - осылайша Елбасы Қазақстанның табиғат қорғау
қызметіндегі сауалдарды анықтап берді.
Қазіргі таңда шамамен 176,7 миллиард тоннаға жуық толық геологиялық
қорына ие 100-ден аса көмір депозиттері барланған. Алайда, қорларының
өнеркәсіптік бағамы шамамен 34,1 миллиард тоннаға тең шамамен 40 кен орны
зерттелінген. Негізгі аса ірі кен орындары Солтүстік және Орталық
Қазақстанда орналасқан: Қарағанды (9,3 миллиард тонна), Торғай (8 миллиард
тонна) және Екібастұз(12,5 миллиар тонн). Мұнайды ашық өндіру әдісімен
жылына 400 миллион тонна көмір өндіруге болады. Ашық әдіспен өндіруге
арналған көмірдің өнеркәсіптік қоры шамамен 21 миллиард тоннаны құрайды
және негізінен Екібастұзда (51%), Торғайда (26,4%), Майкөбеде (8,8%) және
Шұбаркөлде (7%) шоғырланған.
Оған қоса барлық кен орындары электр станцияларына жеткізілетін
көмірдің сапасының нашарлау мәселесімен ұшырасады. Күл мөлшерінің артуы мен
ылғалдылықтың артуы сәйкес жоғары жылудың кемуімен үздіксіз сипатқа ие,
және осы параметрлердің өзгеру жылдамдығы уақыттың қысқа аралығында үдей
түседі. Отын сапасының осындай күрт өзгерістері электр станцияларының
сенімділігі мен кірістілігіне әсер етеді. Мұнан өзге отынның күрт нашарлауы
электр станцияларын мазутты жалын мен тұтануды тұрақтандыру үшін көп
мөлшерде қолдануға итермелейді.
Көмірді мазутпен бірлескен түрде жағу дұрыс жанбаудың артуына (10-
15%), брутто қазандықтардың ПӘК-інің төмендеуіне (4-6%), азот тотықтарының
шығысының артуына (40-50%) және жылуды қабылдайтын беттердің жоғары
температуралы коррозиясына алып келеді, бұл жалпы алғанда отынды ел
энергетикасында қолдану тиімділігіне кері әсерін тигізеді. Оған қоса көмір
мен мазутты бірге жағу жылулық электр станцияларын қолдану барысында
бірқатар проблемалар тудырды.
Отынды қолдану мен қоршаған ортаны зиянды шаңгазды қалдықтардан
қорғауға қойылатын жоғары талаптар жағудың жаңа жетекші технологияларының
дамуына күшті қозғаушы күш болды, өйткені, ағымдағы жану процесін
қарқындандыру әдістері, сонымен қатар құрылғыларды жетілдіру жеткілікті
нәтижелерді бермейді, Осы шарттарда төменгі сұрыпты отынды жағуды жану
аймағындағы процеске әсер ете отырып, жақсартуға болады. Бұған жану
аймағындағы температураны арттыру арқылы, отынның реакциялық қабілетін
арттырумен және жылумасса алмасу процестерін қарқындандыру арқылы қол
жеткізуге болады.
Практикалық тұрғыдан маңызды, әрі пайдалы сауалдарға нақты геометриялы
облыстардағы физика-химиялық процестер барысындағы жылумасса тасымалын
модельдеу жатады. Осындай облыстарға түрлі жылу энергетикалық құрылғылардың
жану камералары болып табылады.
Осы сауалдарды қарастыру бір жағынан, елдің энергетикалық қауіпсіздігі
концепциясы тұрғысынан және екінші жағынан, атмосфераға бөлінетін зиянды
қалдықтардың нормаларын қатаң түрде ұстау және құрылғыларды үнемді қолдана
білу арқылы отынды таза жағу процестерін жасаумен өзекті болып отыр. Зат
пен энергияның конвективті тасымалының заңдылықтарын білу жану және жарылыс
физикасы теориясын құрастыруда, сонымен қатар атмосфераны газды
ластаушылардан қорғау сауалдарында маңызды болып отыр, соңғылары қазіргі
таңда аса өзекті мәселеге айналды.

1 ШАҢКӨМІРЛІ ОТЫННЫҢ ЖАНУЫ КЕЗІНДЕГІ ЖЫЛУ- ЖӘНЕ МАССА ТАСЫМАЛЫ
ПРОЦЕСТЕРІН ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ

Қазіргі таңда жылулық энергияны қосынды тұтыну барша әлемде шамамен
жылына 1007 млрд. кВтсағ құрап отыр (шартты отынның 36 млрд. т. шамалас).
Әлемдегі органикалық отынның геологиялық қорының 80%-ға жуығы көмірдің
үлесіне тиеді. Қалпына келетін энергия көздері үшін (гидроэнергетика, жел
энергетикасы, күн және геотермалды энергия, судың келуі мен қайту энергиясы
және т.б.) әлемнің отын-энергетикалық балансында 2025 ж. өзінде 15%-дан
аспайды, ал ядролық энергетиканың үлесі – 13%. Бұл әлемдегі отын-
энергетикалық балансындағы 80-85 % органикалық отынға негізделген ЖЭС
құрайды. Қосындысында атомдық электр станцияларымен олардың үлесі 90%
болады.
Қазақстанның жылу энергетикалық жүйесі негізінен жылу электр
станцияларымен бейнеленеді, мұнда жалпы электр энергиясының 70%-ы
өндіріледі. Жылу электр станциялары қатты отынмен жұмыс жасайды, мұнда
көмір басым. Электр станцияларында сонымен қатар ішінара табиғи газ бен
мазут та бар. Қазіргі уақытқа дейін Қазақстанда бу-күштік цикл басым болды,
оның мәні – энергетикалық бу қазандықтарында өндірілетін ащы бу бу
турбиналарын айналдырады және олармен бір валда отырған электр
генераторлары да іске қосылады. Осы будың бір бөлігі турбиналардың
цилиндрінен алынады және өнеркәсіптік кәсіпорындардың технологиялық
процестерін бумен қамту үшін, сонымен қатар турбиналардың
конденсаторларындағы және желілік қыздырғыштардағы желілік суды қыздыру
үшін қолданылады.
Жылуфизика және жылу энергетикасы саласындағы жаңашылдықтар
қызығушылық тудырады және практика үшін маңызы зор. Аталған мәселенің
өзектілігі мен оған артып келе жатқан қызығушылық энергияны қолданудың
тиімділігінің артуымен және экологиялық мәселелерді шешумен, ағымдағы
энергетикалық құрылғылардың жұмысымен, жаңа жану камераларын жасаумен,
ластайтын заттардың мөлшерінің артуымен байланысты.
Энергетикалық кәсіпорындардың отынның жану өнімдерімен, қатты
қалдықтармен қоршаған ортаны ластауға қосатын үлесі соңғы онжылдықта
қарқынды болып келеді. Бұл алдымен қатты отынмен жұмыс жасайтын электр
станциялары, олар өз кезегінде ауа, су мен топырақты ластайтын негізгі
құраушылар. Қазақстанның атмосферасына көміртегі тотығы, азот тотығы,
азотттың қос тотығы, шаң, қорғасын, күкірттің қос тотығы мен т.б. заттар
шығарылады, олар адам ағзасына айтарлықтай әсер етеді.
Қазақстанның жылу энергетикасы күлділігі жоғары көмірді қолдануға
бағытталған (55%-ға дейін). Осындай көмірді қолдану орнықсыз жануға алып
келеді, шлактану мәселесі туындап, атмосфераны күл, көміртегі тотығы (CO),
азот тотықтары ( мен ), күкірт тотықтары (мен ) ,
көмірсутектердің қосылыстарынан және т.б. қорғау шаралары көзделеді.
Күл дегеніміз – еркін күйдегі немесе отынмен байланысқан минералдар
қоспасы. Отын құрамында күлдің болуы отын сапасына кері әсер етеді,
өйткені, ол отынның бірлік массасындағы жылу мөлшерін кемітеді. Ұсақ қатты
бөлшектер пештегі газды жаулап, қыздырудың конвективті бетін ластайды,
осының салдарынан жылу алмасу кемиді.
Кейбір бағамдарға сенетін болсақ, Қазақстанда шетелдегідей жақын
онжылдықта көмірді қолдану артатын болады. Өткен уақытта алдыңғы қатарда
энергия өндірісі ғана тұрса, қазіргі таңда зиянды қалдықтардың бөлінуінің
қатаң талаптарын сақтау және бірмезгілде құрылғыларды тиімді қолдану тұр.
Зиянды қалдықтардың аз бөлініумен қоса отынды таза жағу процесін жасау
күн тәртібінде тұр.
Осы мәселені шешу үшін әсерлесетін көпфазалы ағындардағы конвективті
жылумасса тасымалы процесінің аэродинамикалық және температуралық
сипаттамаларын нақты есептеу керек. Сондықтан энергетикалық отынды жағу
барысында жылумасса алмасу процесіне мұқият теориялық зерттеу жүргізу
керек.
Осы мәселе физикалық, математикалық және химиялық талдау мен әрі
қарайғы модельдеу негізінде ғана шешіледі. Сондықтан сандық тәжірибе
күрделі физикалық және химиялық құбылыстарды мұқият талдау үшін анағұрлым
тиімді және қолайлы тәсілдердің бірі болып табылады.

1.1 Тәжірибелік әдіс
Әлемде қазандық агрегаттарын зерттеудің көптеген тәжірибелік әдістері
бар. Алайда, кейбір жағдайларда тәжірибе жүргізу модельдің бұзылуына алып
келеді, бұл мұндай тәжірибелердің құнының артуына алып келеді. Мұнан өзге
көптеген технологиялық процестер үшін, мысалы, ЖЭС нақты жану камерасының
жұмысын тәжірибелік модельде зерттеу мүмкін емес. Қарапайым мысал – бұл 1:1
масштабындағы модельмен тәжірибе жүргізу. Аталған жағдайда барлық сыртқы
шарттар жақсы орындалады, оның өзі зерттелінетін құбылысқа әсер етеді.
Кішірейтілген модельдерде тәжірибе жүргізуге болады, бірақ, ол үшін
нәтижелер нақты процеске сәйкес келуі үшін бірнеше шарттар орындалуы тиіс
(геометриялық және физикалық үйлесімділік, негізгі параметрлер мен режимдік
шарттар нақты болуы тиіс және т.б.).

1.2 Теориялық әдіс
Қазіргі таңда жылу және масса тасымалы есептерін шешуге арналған
тиімді есептеу тәжірибелерін тұрғызу аса өзекті болып отыр және іргелі және
қолданбалы көзқарас тұрғысынан терең талдауды қажет етеді. Күрделі
турбуленттік ағыстарды модельдеу барысында техникалық қосымшаларда жану
процесіне жалпы әсер ететін көптеген факторларды ескеруге тура келеді (отын
мен тотықтырғышты беру жылдамдығы, ағындағы көмір тозаңының концентрациясы,
бөлшектердің өлшемі, температурасы, жылдамдығы мен т.б. бойынша нақты
таралуы, газ бен бөлшек жылдамдықтары мен температураларының ерекшелігі,
жану құрылғыларының түрлері және т.б.).
Өкінішке орай бірнеше қарапайым, шектелген жағдайлар қарапайым
теңдеулермен немесе аналитикалық тұрғыдан шешілетін теңдеулер жүйесімен
ғана шешілуі мүмкін. Әдетте көптеген технологиялық процестер көздік
мүшелері бар жоғары ретті дифференциалдық теңдеулердің күрделі жүйесімен
сипатталады. Осындай теңдеулерді шешу сандық әдістерді қолданумен ғана
мүмкін болады.
Күрделі дифференциалдық теңдеулер жүйесімен сипатталатын есептерді
шешудің есептік әдістеріндегі даму мен қуатты заманауи есептеу
машиналарының қуатының артуына сәйкес жылу және масса алмасу процестерін
теориялық зерттеу айтарлықтай дәрежеде оларды сандық модельдеуге
негізделеді. Ағымдағы әдістер шарттардың кең ауқымында және осы процестерге
әсер ететін күрделі факторларды ескергенде жылумасса алмасу процестерін
есептеуге мүмкіндік береді [3].

1.3 Сандық әдіс. Артықшылықтары мен кемшіліктері
Қазылып алынатын қорлардың шектеулігі оны жағудың анағұрлым тиімді
әдістерді іздеуді қажет етеді, ал өнеркәсіп ауқымының көлемі отынды жағу
кезіндегі зиянды қалдықтардың түзілуінің экологиялық мәселесі алдыңғы
қатарға шығатындай болып отыр.
Осы сауалдарды шешу үшін жану процесін жіті зерттеусіз мүмкін емес.
Қазіргі таңда есептеуіш гидродинамиканың әдістерін қолданбай жүзеге
аспайды. Олар бұйымды жобалау мен аяғына дейін жеткізуге мүмкіндік береді,
осы кездегі жобаға кететін қаржылық шығындар төмендейді. Осы кезде құны аса
қымбат тәжірибелер қажет болмайды, өйткені, бұйымның құрылысын оның
вируталдық прототипінің арқасында жетілідіру мүмкіндігі туады.
Қазіргі таңда отынды саналы түрде жағуды, жылу алу бетінің тиімділігін
арттыратын, қазындықтарды төменгі калориялы және жергілікті отын түрлеріне
бейімдеуді қамтамасыз ететін қуаты аз және орта энергетикалық
қазандықтардың жану камераларындағы түрлі отындардың жану процестерін
жетілдіру экономикалық тұрғыдана аса тиімді.
Көптеген технологиялық құрылғыларда жетілдіру 20 жыл бұрын жасалынған
инженерлік ұсыныстар мен жану камераларының жеке түрлері үшін қойылған
тәжірибелік мәліметтер негізінде жүзеге асырылады. Осы тұста көптеген
жағдайларда қуатты арттыру, зиянды қалдықтардың атмосфераға бөлінуін кеміту
бойынша тиімді шешімдерге қол жеткізу барлық жағдайда мүмкін бола бермейді.
Жетілдіру бойынша негізгі ұсыныстар жасау мақсатында жану камераларының
әрбір түрі бойынша тәжірибелік зерттеулер жүргізу айтарлықтай қаржылық
шығынның есебінен қиынға соғады, әсіресе, егер жетілдіру жаңа жану
құрылғыларын қолданумен, олардың саны мен қондыру орындарын алмастырумен
байланысты болса.
Өнеркәсіптік пештер мен камераларды жобалау мен жетілдіруде жылдам
жұмыс жасайтын компьютерлік техниканың көмегімен жану кеңістігіндегі
термогазодинамиканы математикалық модельдеуге негізделген компьютерлік
технологиялар кеңінен таралды. Осы мақсатта есептеу технкасының,
математиканың, гидродинамиканың, жану, жылу және масса алмасудың соңғы
жетістіктерін қолданатын әмбебап бағдарламалар қолданылады.
Компьютерлік модельдеудің артықшылықтары мен мүмкіндіктері:
- алдын ала программалаусыз есептердің кең ауқымын шешу;
- жану камерасының геометриялық пішінін өзгерту, шекаралық шарттардың
алуан түрлілігі;
- жану камерасының құрылысына жаңа элементтерді енгізу мүмкіндігі;
- отынды тиімді жағу мен зиянды қалдықтардың атмосфераға бөлінуін
кеміту мақсатында жану камерасаның тиімді конструкциясын анықтау;
- жұмыс режимдерін алмастыру және жанарғылардың орнын алмастыру,
қазандықты қолданудыі есептік емес режимдерін талдау;
- тәжірибе барысында қиын анықталатын ерекшеліктерді табу – аномальді
жоғары температуралардың жергілікті аумағын, азот пен көміртегі
тотықтарының шектен тыс жоғары өндірісі;
- ақпаратты визуалды бейнелеу және оны талдау; сенімді жобалық
шешімдерді алу, аса көп емес қаржылық шығындар.
Компьютерлік технологияларды қолдану әсіресе құрылысын салудың
бастапқы сатысында маңызды, мұнда бірмезгілде бірнеше құрылымдық шешімдер
қабылданып, қазандықты немесе жану камерасын жетілдірудің стратегиясы
анықталады. Компьютерлік технология мен тәжірибелік зерттеулердің
үйлесімділігі жану камераларының жеке түрлерінің негізгі шығыны аз
стратегиясын жасауға және қымбат тәжірибелік зерттеулерді шешімді шекті
тексеру үшін соңғы сатыға ысыруға мүмкіндік береді.
Компьютерлік технологияларды қолдану белгілі бір қиындықтармен
байланысты. Лицензиялық пакеттердің құны бірнеше мың долларды құрайды, ал
бағдарламамен жұмыс инженерлік қызметкерлердің есептеу саласындағы және
іргелі ғылыдар облысындағы жоғары біліктілігін талап етеді (физика,
математика, жану теориясы, гидрогазодинамика, жылуфизика). Бастапқы
мәліметтерді модельдеуді жүргізу үшін жасау тәжірибе, сонымен қатар
жетілдіруді жүзеге асыратын мамандармен тұрақты кеңес алу қажет.
Заманауи супер –ЭЕМ машиналарын қолдану нақты энергетикалық құрылғылар
(ЖЭО, МАЭС және т.б.) және кез келген энергетикалық отын (мазут, көмір және
т.б.) үшін осы мәселелерді шешуге мүмкіндік береді.
Өкінішке орай бірнеше қарапайым, шектелген жағдайлар қарапайым
теңдеулермен немесе аналитикалық тұрғыдан шешілетін теңдеулер жүйесімен
ғана шешілуі мүмкін. Әдетте көптеген технологиялық процестер көздік
мүшелері бар жоғары ретті дифференциалдық теңдеулердің күрделі жүйесімен
сипатталады. Осындай теңдеулерді шешу сандық әдістерді қолданумен ғана
мүмкін болады. Қазіргі таңда аталған бағытта сандық әдістерді қолдану
анағұрлым қолданбалы болып отыр.
Сандық модельдеудің артықшылықтары:
- тәжірибемен немесе өлшеумен салыстырғандағы құны арзан;
- есептеу тәжірибелері қиын жүзеге асатын тәжірибелермен салыстырғанда
қысқа мерзімде өтеді, біріншілері физикалық модельдің (жарылыстар, апаттар)
бұзылуына алып келеді;
- айнымалылардың барлығы (жылдамдық, температура, қысым, концентрация
мен т.б.) есептеулердің барлық облысында қол жетімді;
- мәліметтер көп, олар өңделіп, графиктермен, суреттермен және
фильмдермен көрнекілендіріледі.
Модельдеудің кемшіліктері:
- сандық әдістер дұрыс қолданылмауы немесе тестіленуі мүмкін (сандық
мәні үйлеспейді немесе орнықсыз болады);
- модельдер барлық физикалық немесе химиялық процестерді жеткілікті
дәл сипаттай алмайды, өйткені, олар әдейі ықшамдалған және осы
ықшамдауларды ескермей есептелген (осы дипломдық жұмыста ауырлық күшінің
есептеу тәжірибелерінің нәтижелеріне әсерін ескеру көрсетілген).
Сәйкесінше, аналитикалық шешімдер мен өлшеулері бар компьютерлік
бағдарламаларды мұқият тестілеу және сәйкес үйлестіру маңызды. Барлық
кемшіліктеріне қарамастан, математикалық модельдеу әдістері ғылым мен
техниканың түрлі облыстарында кеңінен қолданылатын болды.
Осы әдістердің құрамына геометриялық, физикалық және математикалық
модельдерді, сандық әдістер мен бағдарламалық қамтуды жасау, сонымен қатар
есептеу техникасы құралдарына жүгіне отырып, сандық тәжірибе жүргізу енеді.
Ғылым мен техникада математикалық модельдеу әдістерінің артықшылықтары
көрініп тұр: жобалауды жетілдіру, өңдеуге кететін шығындарды азайту,
қолдану шығындарын азайту және т.б.
Компьютерлік модельдеу әдістері күрделі физикалық құбылыстарды ескере
отырып, сұйықтар мен газдарға зерттеу жүргізуге мүмкіндік береді:
- бірфазалы немесе көпфазалы ағыстар;
- жылу тасымалын ескеру және ескермеу;
- күй өзгерісін ескергенде және ескермегенде;
- химиялық реакцияларды ескергенде және ескермегенде.
Жылумасса тасымалы процестерін зерттеу кезінде компьютерлік әдістер
шешуші рөл атқарады. Олар келесі технологияларда кеңінен қолданылады:
- жылу алмасу құрылғылары;
- жану камералары;
- бу және газ турбиналары;
- сорғылар, желдеткіштер мен компрессорлар;
- реакторлар, қуалау бағаналары;
- автокөлік құрылысы;
- ұшақ және зымырандар құрылысы.
Жану бар кездегі ағыстардағы жылумасса тасымалы процестерін зерттеу
саласындағы математикалық модельдеу әдістерін дамыту түрлі бағдарламалық-
бағытталған пакеттердің қалыптасуына алып келді, олардың көмегімен іргелі
есептер, сонымен қатар қолданбалы мәселелер шешіліп жатыр, олармен түрлі
отын-энергетикалық кешен кәсіпорындағы күнделікті практикада ұшырасып
жатады [1].
Әлемде газдар мен сұйықтардың қозғалысын сандық зерттеу бойынша
заманауи бағдарламалық кешендер бар. Бірақ, әлгі есептерді шешудің әдістері
мен алгоритмдерінің алуан түрлілігіне қарамастан сандық модельдеуді
жүргізудің жалпы құрылымы сақталады. Нақты физикалық шарттарда жану
процесін математикалық модельдеу үшін бірнеше сатыдан өту керек:
- энергетикалық нысанның нақты жану камерасы мысалында физикалық
модельді жасау. Осы сатыға процестің негізгі параметрлерін – отын мен
тотықтырғышты беру температурасын, жану құрылғыларының орналасуы мен
әсерлесуін есептеуді, жану кеңістігіне отын қоспасын берудің негізгі
әдістерін анықтауды, жанудың тұтануы мен орнығуына әсер ететін сыртқы
шарттарды ескеруді енгізу кіреді;
- математикалық модельді нақты физикалық есепке сәйкес синхрондау және
толықтыру. Әсерлесетін ағыстардағы конвективті жылу алмасудың математикалық
моделі негізінде жылумасса тасымалының іргелі теңдеулері жатыр. Бұл: Навье-
Стокс теңдеулері жүйесі, түрлі параметрлерді ескергендегі әсерлесетін қоспа
мен реакция өнімдері үшін жылудың таралуы мен диффузия теңдеулері, фазалық
ауысудың кинетикалық теңдеулері мен т.б. Осы теңдеулер нақты қойылған
есепке сәйкес өзгереді және толықтырылады;
- геометриялық модельді жазу және оның шекті-айырымды аналогын жасау.
Осы сатыда барлық техникалық параметрлерді, камераның өлшемдері мен жану
құрылғыларының өзара орналасуын ескергенде жану камерасының геометриялық
моделі тұрғызылады. Аталған сатыда есептеу облысын жасау маңызды. Жану
облысын нақты нәтижеге қол жеткізуге болатындай нұсқаны табу керек;
✓ алға қойылған мәселенің алгоритмін қарастыру, зерттеу жүргізу үшін
сандық әдісті жасау. Сонымен қатар жүргізілетін зерттеулердің
ерекшеліктеріне сәйкес белгілі бір әдісті таңдау және оны түзетуге
болады.
✓ есепті шешу үшін программаны жазу және заманауи компьютерлік
технологияларды қолдана отырып, нәтижелерді өңдеу. Осы сатыда сонымен
қатар жылуфизиканың алуан түрлі есептерін шешуге арналған
бағдарламалар пакеті жасалынады. Осы жағдайда таңдап алынған
бағдарламалар пакеті өңделіп, қарапайым мысалдар түрінде олар
тестіленеді;
✓ нақты физикалық есептің шешімі, алынған нәтижелерді талдау және
өңдеу;
✓ нақты нысанда алынған тәжірибелік мәліметтермен және әдебиеттерде
келтірілген мәліметтермен жән өзге зерттеулермен компьютерлік
модельдеу нәтижелерін салыстыру. Қажет болғанда есептің физикалық,
математикалық және геометриялық модельдеріне түзету енгізу немесе
сандық әдіс пен есептеу бағдарламасын жетілдіру;
✓ сандық модельдеу нәтижелерін практикаға енгізу [2].
Компьютерлік технологиялардың кемшіліктеріне бірқатар жағдайларда
ықшамдалған математикалық модельдерді қолдануды жатқызуға болады, бұл
есептеу процедурасын қысқартудың талабы. Алайда, осы кемшілік қымбат
тәжірибелік зерттеулерге жұмасалатын шығындарды азайтумен теңгеріледі.
Технологиялық процестерді зерттеуде басты рөлді энергия мен зат
тасымалы процестері атқарады, оны екі әдіспен жүзеге асыруға болады:
- физикалық модельдермен тәжірибе;
- математикалық модельдер (компьютерлік модельдеу).
Жанудың көптеген теориялары мен модельдері ықшамдалған химиялық
механизмге негізделеді, оның өзі жалындағы барлық химиялық процестерді
тиімді кинетикалық параметрлеріне ие бір реакцияға келіп тірейді. Жану
дегеніміз – жоғары температурада өтетін және оған қоса жылу бөліне жүретін
жанатын заттың (көмір) оттегімен жылдам және толық тотығу процесі. Қазандық
құрылғыларының пештерінде табиғатта кең тараған тотықтырғыш – атмосфералық
ауа қолданылады, оны 21% көлемін немесе массасының 23,2 бөлігін таза оттегі
құрайды.
Барлық өтетін реакцияларды жіті модельдеу (барлық аралық реакцияларды
қосқанда) үлкен шығынның немесе барлық аралық реакция жөнінде ақпараттың
жоқтығынан қарапайым жағдайларда ғана жүзеге асады, мысалы, көміртегі
тотығы жанғанда. Аталған жұмыста модельденетін процестер үшін қарапайым
модель қолданылады, оның өзі тек негізгі компоненттердің реакцияларын ғана
ескереді. Жұмыста интегралдық реакция моделін қолдану көптеген химиялық
реакциялардың бірнеше сатыда өтетіндігіне негізделген, мұндағы ең баяу
реакция түрі барынша реакция жылдамдығын анықтайды.
Көптеген көпсатылы реакцияларды бірсатылы реакциялардың заңдылықтарына
сәйкес модельдеуге болады, ал осы кездегі кинетикалық мәліметтер реакцияның
ең баяу сатысымен анықталады. Осы жұмыста қолданылатын көмір тозаңын жағу
моделі отын компоненттерінің тотығуының тұрақты шекті реакция өнімдеріне
дейінгі интегралдық реакцияларын ғана ескереді. Мұндағы аралық реакциялар,
орнықсыз аралық өнімдердің түзілуі мен өзгерісі ескерілмейді.
Ғылым мен техниканың кең ауқымды мәселелерін зерттеу барысында жаңа
компьютерлік және ақпараттық технологиялар мен бағдарлама өнімдерін
қолдану, нақтырақ, нақты технологиялық процестерді сандық модельдеу аса
үлкен маңызға ие және практикалық қолданысы бар [5].
Сәулелік жылу алмасу, жану және т.б. сияқты алуан түрлі физикалық және
химиялық құбылыстарды ескергендегі энергетикалық нысандардың жану
камераларында қатты отынды жағу процестерін теориялық зерттеудің негізгі
құралы – математикалық модельдеу мен есептеу тәжірибесі. Осы кезде
математикалық модельдеуге сандық әдістерді жасау мен сандық есептеулерді
жүргізу ғана жатпайды, сонымен қатар қарастырылып отырған модельді, оның
нақты процеске сәйкестігін талдауға, сонымен қатар нақты технологиялық
процестерді сипаттауға жаңа компьютерлік технологияларды қолдану бойынша
нақты ұсыныстар жасауға мүмкіндік туады.
Қазір әлемде газдар мен сұйықтардың қозғалысын зерттеу бойынша
заманауи бағдарлама кешендері қалыптасқан, мысалы:
- Коммерциялық: FLUENT, ANSYS, CFX, STAR – CD;
- Ашық компьютерлік кешендер: FDS (NIST), GMSH;
- Университеттер жасаған бағдарламалар (Homemade CFD program);
- MATLAB, MATHEMATICA негізінде теңдеулерді шешу.
Осы компьютерлік кодтар мынадай параметрлер үшін баланс теңдеулерін
шешуге негізделген:
- масса мен фазалық ауысулар;
- энергия;
- импульс;
- турбуленттік сипаттамалар.
Мұнан өзге бағдарламалық кешендердің құрамына кіші модельдер немесе
қосымша теңдеулер енеді.
Шаңкөмірлі алауды энергетикалық құрылғылардың камераларында отындық
кеңістігі бойымен жағу бойынша сандық тәжірибе саласындағы зерттеулер
мынадай мүмкіндіктерді береді:
• әсерлесетін көпфазалы ағындардағы конвективті жылумасса тасымалы
процесінің сипаттамаларының толық жиынтығын тіркеу;
• ешбір қиындықсыз процеске араласу және мәліметтерді кез келген
сатысында өзгерту;
• болашақ қазандықтың барлық параметрлерін модельдеу, бұл ағымдағы
кішірейтілген модельдің құрылысымен салыстырғанда құрал мен уақыт
үнемдейді;
• жанарғылардың кең ауқымын қолдана отырып, жану камерасындағы отын-
ауалы ағындарды модельдеу;
• энергияны тиімді қолдануға қатысты сауалдарды анықтау және жақсарту
және зиянды жану өнімдерінің шығысының экологиялық мәселелерін шешу.
Келесі тарауда біз 3-D модельдеу әдістерін ағымдағы ЖЭС жану
камераларында энергетикалық отынды жағу барысында өтетін жылу масса
тасымалы процестерін зерттеуге қолдану туралы айтатын боламыз. Осы зерттеу
үшөлшемді Навье-Стокс теңдеулері, жылу беруді, жылулық сәулеленуді,
химиялық реакциялар мен ортаның көпфазалығын ескергендегі энергия мен масса
тасымалы теңдеулері негізінде жүргізілді.
Дипломдық жұмыста ұсынылған зерттеу әдісі осындай сандық тәжірибелерді
кез келген отынмен кез келген ағымдағы жылу электр станцияларында жүргізуге
мүмкіндік береді.
Берілген дипломдық жұмыста сандық есептеулер әл-Фараби атындағы Қазақ
Ұлттық университетінің физика-техникалық факультетінің жылуфизика және
техникалық физика кафедрасында пайдаланылатын қолданбалы FLOREAN
бағдарламаларының арнайы пакетін қолдана отырып, жүзеге асырылды.

2 ШАХТИНСК ЖЭО БКЗ - 75 39 ФБ ЖАНУ КАМЕРАСЫНДАҒЫ КӨМІР ТОЗАҢЫН ЖАҒУДЫҢ
МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛІ

2.1 Үзіліссіздік теңдеуі және импульстің сақталу заңы
Газдар немесе сұйықтардың ағысының математикалық моделі негізінде
масса мен импульстің сақталу заңдары жатыр. Жылу беру процестері өтетін
ағындар үшін, сонымен қатар сығылатын орталар үшін қосымша энергия теңдеуін
шешуге тура келеді. Түрлі құраушылары араласатын, жану реакциясы бар және
т.б. ағыстарда қоспа компоненттерінің сақталу заңын немесе қоспа фракциясы
мен оның өзгерісі үшін сақталу заңдарын қосу керек. Турбуленттік ағыстар
үшін теңдеулер жүйесі турбуленттік сипаттамалар үшін тасымал теңдеулерімен
толығады.
Математикалық есепті қою үшін негізгі теңдеулерді қарастырайық [6].
Массаның сақталу заңы. Массаның сақталу заңын немесе үзіліссіздік
теңдеуін мынадау түрде жазуға болады:

(1)
(1) теңдеу – сығылатын және сығылмайтын ағындар үшін массаның сақталу
заңының жалпы түрі. қосылғышы – көздік мүше. Ол екінші дисперсті
фазадан үзіліссіз фазаға келіп қосылатын массаны (мысалы, сұйық
тамшылардың булануы) және нақты физикалық есептен анықталған кез келген
өзге көздерді анықтайды.
Жүргізілген зерттеуде масса көздері жоқ, құраушы компоненттері
түрленеді. Сәйкесінше, массаның сақталу заңы мына түрде жазылады:

(2)
Импульстің сақталу заңы. Импульстің i бағыттағы сақталу заңы
координаталардың инерциалды санақ жүйесінде мынадай болады:

, (3)

мұндағы p –кернеулер тензоры түріндегі статикалық қысым, және -
сәйкесінше i бағытында қалыптасатын гравитациялық күш пен сыртқы массалық
күштер (мысалы, дисперсті фазамен өзара әсерлесу нәтижесінде қалыптасатын
күштер).
Сонымен қатар құрамына есеп моделіне тәуелді көздік сипаттамалар
енеді, мысалы, кеуекті орталар мен қосымша көздер.
Кернеу тезоны мына қатынастан анықталады:

(4)

2.2 Энергия теңдеуі
Энергияның әсерлесетін турбуленттік ағыстардағы өзгерісі келесі
процестерге негізделеді:
• конвекция есебінен толық энергия ағыны;
• молекулалық жылу тасымалы есебінен толық энергия ағыны;
• бақыланатын облыс бетіндегі қысым күштерінің есебінен энергия
өзгерісі;
• бақыланатын облыс бетіндегі үйкеліс күштерінің есебінен энергияның
өзгерісі;
• химиялық түрленулер немесе жылулық энергия есебінен энергия жұтылуы
(бөлінуі); көлемдік күштердің есебінен энергияның өзгерісі.
Жоғарыда аталғанды ескере отырып, энергия теңдеуінің жалпы түрін
жазайық:

(5)

мұндағы - тиімді өткізгіштік kl + kt қосындысынан анықталады
(сәйкесінше, ламинарлық және турбуленттік жылуөткізгіштік), -
компонентінің диффузиялық ағыны.
(5) теңдеудің оң жағындағы алғашқы үш қосылғыш өткізгіштік, диффузия
мен тұтқыр диссипацияның есебінен энергия тасымалын сипаттайды. Көздік
мүшеде Sh химиялық реакция есебінен жылу мен өзге кез келген көлемдік
энергия көздері ескеріледі.
(5) теңдеуде:

,
(6)
мұндағы h жылу ұстағыштығы идеал агаздар үшін былай анықталады:
(7)
және сығылмайтын ағындар үшін:
(8)

(7) және (8) теңдеулерде - субстанциясының массалық үлесі,
ал
.
(9)

Sh көздік мүше үшін:

Sh = Sstr + Sabr + Sh,p
(10)

Осы суммада сәулелену, газ фазасы мен бөлшектер арасындаңы конвективті
алмасу салдарынан болатын жылу мен жану жылуы ескеріледі. Жалпы ағындағы
қатты көмір бөлшектерінің болатындығын ескергенде (10) теңдеудегі соңғы
мүше мынадай анықталады:
(11)

Жану процесіндегі химиялық түрлендірудер есебінен энергия көзі
үшін мынаны аламыз:

(12)

Сәулелену арқылы жылу алмасу мен конвективті жылу тасымалы келесі
тарауларда қарастырылатын болады.

2.3 Компонент үшін теңдеу
Қоспаның әрбір компонентінің концентрациясын анықтау үшін (мысалы, СО,
СО2, О2, кокс немесе СхНу) элемент көлемінде келесі баланстық қатынас
жазылады. Аталған теңдеу аталған заттардың концентрацияларының өзгерісіне
әсер ететін физикалық және химиялық процестерді ескереді.
Конвективті және диффузиялық тасымалмен қоса отынды кептіру және т.б.
сияқты химиялық реакциялар мен физикалық процестерін ескеруге тура келеді.
Элементар көлемде толық масса барлық n компоненттердің суммасы ретінде
анықталады:

(13)

Жүйе компоненттері үшін жалпы баланстық қатынасты жазу үшін айнымалы
шама ретінде бірқатар мәндерді қолдануға болады. Мысалы:
Массалық концентрация

(14)

Көлемдік концентрация:

(15)

Концентрация:

(16)

Көлемдік концентрацияны қолдану тиімді емес. Өйткені, температура
өзгерген сайын көлемнің өзгерісін ескеру үшін қосымша теңдеулер енгізуге
тура келеді. Сондықтан біздің моделімізде біз массалық концентрацияларды
қолданатын боламыз. Химиялық реакцияларда мольдік концентрациялар
қолданылады мольм3. Сондықтан жалпы баланстық теңдеуге массалық
концентрацияларға қайта есептеу үшін сәйкес коэффициенттер енгізіледі.
Жалпы түрде қоспа компоненттерінің концентрациясы үшін теңдеу мына түрде
жазылады:
(17)

Осы теңдеудегі қосылғышы компоненттер концентрацияларының өзгерісіне
химиялық реакциялардың қосатын үлесін ескереді. Көпкомпонентті қоспаларда:
,
(18)

мұндағы n заттың r реакциядағы жылдамдығы ретінде анықталады.

2.4 Бастапқы және шекаралық шарттар
Аталған есеп үшін бастапқы және шекаралық шарттарды анықтайық:
жылдамдық үшін:
- туынды, шығыс жазықтығына нормаль бағытталған;

- жылдамдық, симметрия жазықтығына нормаль;

- туынды, симметрия жазықтығына нормаль;

- жылдамдық, қабырғаға нормаль, яғни масса ағыны жоқ;

- туынды, қабырғаға нормаль;

- жылдамдық, қабырғаға тангенциаль, жабысу шарты;

- шекарадағы қысымға түзету;

энергия үшін:

- кірістегі температура (тәжірибе немесе есеп);

- туынды, шығыс жазықтығына нормаль;

- туынды, симметрия жазықтығына нормаль;

- туынды, симметрия жазықтығына тангенциаль;

қоспа компоненті үшін:

- кірістегі k компоненттің бастапқы концентрация;

- туынды, шығыс жазықтығына нормаль;

- туынды, симметрия жазықтығына нормаль;

- туынды, қатты бетке нормаль.

2.5 Турбуленттілікті модельдеу
Турбуленттік ағыстар жылдамдықтардың пульсацияларымен сипатталады.
Осы пульсациялар тасымалданатын сипаттамалардың араласуына алып келеді,
оларға импульс, энергия мен компоненттердің концентрациялары жатады және
осы сипаттамалардың тербелістерін тудырады. Осы пульсациялар ұсақ масштабты
болғанымен, бірақ, жоғары жиіліктері бар, сондықтан практикалық техникалық
есептеулерде оларды есептеу күрделі мәселе болып табылады. Оның орнына
лездік (нақты) анықтаушы теңдеулер уақыт бойынша орташаландырылады,
ансамбль бойынша орташа ретінде көрсетіледі, осының салдарынан теңдеулердің
модификацияланған жүйелеріне алып келеді, олардың өзі есептік қатынаста
шешу үшін аз шығын талап етеді. Алайда, түрі өзгерген теңдеулердің
құрамында қосымща белгісіз айнымалылар да бар. Сондықтан оларды анықтау
үшін қосымша турбуленттілік модельдері қажет.
Бірқатар турбуленттілік модельдері бар. Олардың ішінде жиі
қолданылатындары:
- Spalart-Allmaras моделі;
- k-epsilon моделі (стандартты k-ε моделі, k-ε бейсызықты (шаршылы),
ренормаланған k-ε моделі (RNG), realizable k-ε моделі);
- k-w модельдері (стандартты k-w моделі, k-w модель жанама
кернеулердің тасымалымен);
- SST (Shear Stress Transport) моделі;
- Рейнольдстің кернеулер моделі (RSM);
- Құйынды құрылымдар моделі (LES).
Өкінішке орай, ағыстардың барлық түрлері мен есептер үшін
қолданылатын турбуленттіліктің универсал моделі жоқ. Турбуленттілік моделін
таңдау ағындағы физикалық құбылыстар, қажет етілетін дәлдік деңгейі, қолда
бар есептеу ресурстары мен модельдеуге қажетті уақыт мөлшері сияқты
параметрлерге тәуелді. Ең дұрыс таңдау жасау үшін түрлі модельдердің
мүмкіндіктері мен шектеулерін бағалау қажет.
Рейнольдстің жоғары мәндеріндегі турбулентті ағыстар үшін уақытқа
тәуелді Навье-стокс теңдеуінің нақты күрделі геометриялық конфигурацияларда
практикалық тұрғыдан мүмкін емес болып отыр. Навье-Стокс теңдеулерін ірі
турбуленттік тербелістер тікелей модельденбейтіндей Екі балама әдісті
қолдануға болады. Бұл Рейнольдсті орташалау әдістері мен сүзгілеу. Қос әдіс
те анықтаушы теңдеулерге қосымша қосылғыштар енгізеді, олар теңдеулер
жүйесін тұйықтау үшін модельденеді.
Рейнольдс бойынша орташаланған ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.