Тема: Численное моделирование дефлаграционного горения газовых смесей

1. Актуальность
В настоящее время процессы горения и взрыва повсеместно используются в практически во всех отраслях современной техники и технологии, а исследование данных процессов является приоритетом во сферах промышленного производства, добычи полезных ископаемых, энергетики и даже экологии. В связи с дефицитом и трудностью добычи полезных ресурсов ископаемого топлива образуется проблема поиска более экономичного его использования.
Основное направление использования ископаемого топлива — это его сжигание. Из-за масштабов промышленного производства выходит так, что экономичность способов сжигания топлива и сокращение выбросов вредных веществ выходят на первый план. Решение проблем экономии топлива и снижения вредных выбросов невозможно без тщательного исследования процессов горения, при этом нужно учитывать, что режимы горения различаются по характеристикам. Благодаря изучению механизмов образования вредных для экологии продуктов сгорания появилась технология сжигания вредных бытовых отходов, что является одним из самых эффективных и целесообразных методов в области утилизации отходов на сегодняшний день.
Добыча полезных ископаемых, проведение строительных работ зачастую проводятся с помощью взрывных технологий, которые значительно уменьшают время и стоимость, затрачиваемое на проведение различных операций, повышает мобильность работ. При разведке и добычи любых ископаемых есть вероятность истечения различных газов, для воспламенения которых в сочетании с тем же кислородом достаточно лишь одной искры. Из этого следует, что одним из важнейших направлений науки о горении является обеспечение безопасности в промышленности, где очень часто технологические процессы несут опасность образования взрывоопасной среды, что может нанести очень большой ущерб не только людям, находящийся вблизи, но и окружающей среде.
Сегодня горением и взрывом мы называем высокое протекание реакции в
веществе, которые в исходном состоянии инертно. Очень важным фактором в процессе является выделение тепла, которое происходит непосредственно в зоне химической реакций превращения исходных веществ в продукты горения. Для того, чтобы изучить характер протекания реакции, необходимо знать с высокой точностью характеристики процессов горения. Процессы горения являются очень сложными, поскольку приходится иметь дело с химическими реакциями, протекающими в одно и тоже время и с процессами тепло- и массобмена.
В тоже время детальные химические механизмы содержат большое количество реакций, иногда приходится описывать комплексы из сотен и даже тысяч химических реакций с участием десяток-сотен реагентов. Это приводит к тому, что для расчета правых частей дифференциальных уравнений необходимо обрабатывать большие массивы данных. Такие подсчеты требуют большие вычислительные затраты, поэтому очень актуальным является разработка моделей и алгоритмов, позволяющих в упрощенном виде проводить моделирование, результаты которого будут сопоставимы с экспериментальными данными и при этом расчет будет происходить за умеренное количество времени.
Для быстрых процессов подсчет с полной системой уравнений газовой динамики необходим [1], поскольку возникает быстрое сжатие и разрежение контактных разрывов, ударных волн. Для медленных процессов с одной стороны сильного сжатия не происходит, а значит можно некими газодинамическими эффектами пренебречь, а с другой характерные времена моделирования очень большие и нецелесообразно начинать процесс моделирования, поскольку расчеты даже с упрощенными математическими моделями и неполной кинетики химических реакций занимают много времени. Поэтому особенно актуально проводить дальнейшие исследования и искать упрощенные подходы к моделированию процессов горения, которые смогут обеспечить и нужную точность при расчетах параметров в различных задачах и адекватное время моделирования. Поэтому целью данной работы является исследование применимости упрощенных подходов описания процесса распространения
пламени в газовых смесях. Для работы был выбрана среда программирования MATLAB.
Задачи работы:
1. Обзор литературы по теме исследования.
2. Обзор подходов к моделированию физико-химических процессов.
3. Разработка и реализация алгоритмов расчета химических превращений.
4. Выбор жесткоустойчивого решателя.
5. Проведение тестовых расчетов.

Купить

В ходе проведенной работы была исследована научная литература по рассматриваемой тематике.
Была построена математическая модель воспламенения в адиабатических условиях. Для решения использовалась среда разработки MATLAB. Был проведен анализ нескольких решателей встроенных методов для двух газовых смесей. Полученные в ходе вычислений периоды индукции для различных кинетических механизмов и данные волны горения совпадают с экспериментальными данными.

Купить