ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Интерпретация расчетных профилей при моделировании горения из "Химия горения" При простых физических ограничениях. Сейчас мы обсудим, какие результаты можно получить с такими профилями. [c.30] В идеале оптимальный способ интерпретации расчетных профилей— сравнивать их с экспериментально измеренными и изучать зависимость их от вариаций кинетического механизма и принятых соотношений для констант скорости элементарных реакций горения. Однако в действительности измерить достаточное количество параметров удается крайне редко и еще реже удается понять влияние на результаты расчетов вариаций констант скорости. Тем не менее надо добиваться наилучшего соответствия между расчетом и экспериментом. Математические аспекты такого рода проблем изложены в гл. 7. Здесь мы кратко рассмотрим три химических аспекта, которые должны учитывать пользователи программ детального моделирования процессов горения. [c.30] Во-первых, нужно помнить о существовании иерархии надежности принятых выражений для констант скорости. Некоторые из них могут считаться точными, другие же строятся на более или менее обоснованных предположениях. При варьировании констант скорости для анализа чувствительности пользователь не должен забывать, что для некоторых реакций диапазон неопределенности констант скорости может простираться от нулевых значений до теоретически возможного максимума (гл. 3 и 4). Элементарные реакции горения, которые занимают высокие места в указанной иерархии, рассмотрены в гл. 5 и 6. [c.30] Во-вторых, надо иметь в виду, что степень соответствия теории и эксперимента тем выше, чем ближе физические ограничения, принятые при составлении моделирующих уравнений, к тем, которые имеют место в лабораторных условиях. Некоторые эксперименты по характеру условий исследуемых процессов лучше подходят для моделирования, чем другие. [c.30] В-третьих, представляется маловероятным, что сами расчетные профили концентраций частиц будут достаточно полным источником информации. Можно быстрее интерпретировать модельные расчеты с помощью параметризации профилей, облегчающей их сопоставления с экспериментом [2, 3]. Важный аспект моделирования заключается в выборе наиболее подходящих параметров для описания расчетных и экспериментальных результатов, и главным результатом модельного исследования должен быть ответ на вопрос, насколько хорошо эти параметры согласуются между собой. Отсутствие согласия между кинетическими параметрами, использованными в ходе данного и других исследований, выдвигает требование более тщательного расмотрения химии горения до выполнения моделирования. [c.30] Значительная экзотермичность процессов окисления горючего может привести к возникновению в камерах сгорания локализованных зон реакций, распространяющихся в окружающей их непрореагировавшей смеси. Различают два механизма такого распространения — дефлаграцию и детонацию. При дефлаграции фронт пламени распространяется с дозвуковой скоростью инициирование реакции при этом осуществляется посредством диффузии активных центров и теплопроводности. При детонации фронт пламени распространяется со сверхзвуковой скоростью, причем инициирование реакции происходит вследствие газодинамического ударного сжатия и нагрева, а выделяющаяся теплота реакции подпитывает ударную волну и обеспечивает режим самоподдержания реакции. В обоих случаях распространение фронта реакции определяется сильной взаимосвязью химической кинетики и газовой динамики. [c.31] В данной главе не дается исчерпывающего обзора численных методов, используемых при детальном моделировании процессов горения. Такие обзоры можно найти в работах [58, 64]. Цель настоящей главы — введение в проблему. В основном рассматриваются процессы горения в низкоскоростных ламинарных потоках предварительно перемешанных смесей, представляющих значительную группу реагирующих потоков с явлениями переноса. Из-за ограниченных возможностей существующих вычислительных машин мы вынуждены рассматривать такие потоки как квазиодномерные течения. Рассматриваются также двумерные течения в пограничных слоях, где изменения параметров в направлении потока малы по сравнению с изменениями в поперечном направлении. Распространение численных методов на многомерные течения не связано с принципиальными трудностями, однако их конкретная реализация в этом случае связана с неприемлемыми затратами машинного времени. [c.31] Для анализа пламен и других реагирующих систем на основе законов газовой динамики и химической кинетики необходимо рассмотреть соотношения в малом объеме реагирующей. смеси. [c.31] Выражения для дивергенции получены из балансового соотношения для потоков, входящего в выделенный элемент объема и выходящего из него. Сферическая система координат в данном случае фактически одномерна. Применение других систем координат оказывается эффективным, если удается обратить в нуль производные компонент вектора потока в некотором направлении. Например, в случае пламени, параллельного плоскости хг, в уравнении (2.2а) члены дРх/дх и дРг дг обращаются в нуль. [c.32] До сих пор проводилось численное моделирование с учетом детального механизма химических реакций только одномерных течений, а также таких плоских ламинарных пламен в предварительно перемещанных смесях, для которых могут быть измерены профили температуры и концентраций по координате у. [c.33] В дальнейщем полагается для удобства, что Екх = Рмг = О, так что Рн — Рку. [c.33] Уравнение (2.4) будет использоваться в дальнейшем, причем следует помнить, что в случае действительно одномерного течения А = 1, О для всех у. [c.33] Далее необходимо получить уравнения неразрывности для отдельных величин. Мы по-прежнему используем модель одномерного горения в заранее перемешанной смеси для описания основных процессов. Переход к двумерным или трехмерным задачам не представляет принципиальных затруднений. Для детального изучения этого вопроса могут быть рекомендованы монографии [48, 100]. [c.34] Вязкое напряжение в ламинарном потоке определяется выражением Q——[ / i)x l ]dvy/dy, где и — коэффициенты соответственно сдвиговой и объемной вязкости. Влиянием объемной вязкости в процессах горения обычно пренебрегают. [c.35] Искусственная вязкость вводится в уравнения при расчете течений с сильными ударными волнами для обеспечения устойчивости вычислений [68]. В нашем случае она не представляет интереса. Более того, уравнение движения необходимо включать в полную систему уравнений, описывающих течение, лишь тогда, когда скорость потока приближается к звуковой. В случае же, когда скорость пламени невелика, влияние вязкости и изменение скорости газа при прохождении его через фронт пламени слишком малы, чтобы вызвать заметное падение давления. Поэтому открытые пламена, т. е. не заключенные в замкнутый объем, можно рассматривать как системы с постоянным давлением, в связи с чем отпадает необходимость решения уравнения движения. [c.35] Приближение постоянного давления встречается довольно часто,, поскольку играет важную роль в теории ламинарных пламен. Обозначив через Я молярную энтальпию /-го компонента и учтя,. [c.38] Это часто уменьшает влияние ошибок округления без искажения физической сути задачи. [c.40] Уравнения сохранения в разд. 2.1—2.4 выводились в фиксированной в пространстве системе координат. Это так называемые эйлеровы координаты, и при -их использовании в стационарных задачах уравнения сохранения не содержат частных производных по времени [см. уравнения (2.6), (2.12) и (2.21)]. Данная система координат особенно удобна при исследовании стационарных реагирующих потоков, таких, как пламена на неподвижных горелках. При этом в уравнениях остаются конвективные члены. [c.40] Эти уравнения не содержат конвективных членов. [c.40] Вернуться к основной статье