Математическое моделирование зажигания древесно-угольной пеллеты при комбинированном нагреве

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье приведены результаты математического моделирования процесса зажигания топливной пеллеты на основе угля и биомассы при высокотемпературном комбинированном радиационно-конвективном и микроволновом нагреве в окислительной среде. Представлена новая математическая модель процесса зажигания частицы композиционного топлива, отличающаяся от известных моделей полным описанием всего комплекса теплофизических, физико-химических и электрофизических процессов, протекающих при зажигании древесно-угольных пеллет в условиях радиационно-конвективного и микроволнового нагревов. Апробация математической модели проведена путем сравнительного анализа теоретических и экспериментальных значений времен задержки зажигания. По результатам численного моделирования установлено, что процесс зажигания топливных пеллет (на основе угля и биомассы) происходит в газовой фазе (в пристеночной топливной пеллете зоне). При этом кислорода, выделяющегося при термическом разложении угля, не хватает для стабильного зажигания во внутрипоровом пространстве топливной частицы. Впервые по результатам теоретических исследований обоснована перспективность использования микроволновой энергии с целью подсветки основного факела топлива.

Об авторах

Г. В. Кузнецов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: syrodoy@tpu.ru
Томск, Россия

С. В. Сыродой

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: syrodoy@tpu.ru
Томск, Россия

М. В. Пурин

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: syrodoy@tpu.ru
Томск, Россия

Ж. А. Косторева

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: syrodoy@tpu.ru
Томск, Россия

Список литературы

  1. Quintero-Coronel D.A., Lenis-Rodas Y.A., Corredor L.A., Perreault P., Gonzalez-Quiroga A. // Energy. 2021. V. 220. Article 119702.
  2. Wu H., Zeng X., Hao S., Liu B., Zhang Y. et al. // Fuel. 2024. V. 363. Article 131051.
  3. Syrodoy S.V., Malyshev D.Yu., Nigay N.A., Purin M.V. // Process Saf. Environ. Prot. 2024. V. 184. P. 736.
  4. Syrodoy S.V., Kuznetsov G.V., Gutareva N. Yu., Nigay (Ivanova) N.A. // Renewable Energy. 2022. V. 185. P. 1392.
  5. Kuznetsov G.V., Syrodoy S.V., Gutareva N.Yu., Ni­gay N.A. // J. Energy Inst. 2021. V. 96. P. 280.
  6. Syrodoy S.V., Kostoreva J.A., Kostoreva A.A., Asadul­lina L.I. // Ibid. 2020. V. 93. № 2. P. 443.
  7. Lee D., Lee J.-H., Kim G.-M., Jeong J.-S., Kim S.-M. et al. // Renewable Energy. 2024. V. 226. Article 120198.
  8. Cheng W., Chen J., Yang W., Jiang H., Zhu Y. et al. // Energy (Oxf.). 2024. V. 313. Article 133769.
  9. Li J., Paul M.C., Czajka K.M. // Energy Fuels. 2016. V. 30. № 7. P. 5870.
  10. Fatehi H., Weng W., Costac M., Li Z., Rabaçal M. et al. // Combust. and Flame. 2019. V. 206. P. 400.
  11. Wang X., Luo Zh., Wang Y., Zhu P., Wang Sh. et al. // J. Energy Inst. 2024. V. 115. Article 101707.
  12. Szufa S., Piersa S., Junga R., Błaszczuk A., Modliński N. et al. // Energy. 2023. V. 263, Part E. Article 125918.
  13. Li L., Memon M.Z., Xie Y., Gao Sh., Guo Y. et al. // Circular Economy (China). 2023. V. 2. Article 100063.
  14. Goshayeshi B., Sutherland J.C. // Combust. and Flame. 2014. V. 161. № 7. P. 1900.
  15. Франк–Каменецкий Д.А. // Успехи химии. 1938. Т. 7. № 9. С. 1278.
  16. Франк-Каменецкий Д.А. // Журн. техн. физики. 1939. Т. 9. № 6. С. 1457.
  17. Франк-Каменецкий Д.А. // ДАН СССР. 1941. Т. 30. № 8. С. 729.
  18. Spalding D.B. // Proc. 4th Sympos. (Intern.) on Com­bust. Pittsburgh: The Combust. Inst., 1953. № 1. P. 847.
  19. Shi X., Wu H., Jin P., Zhang Y., Zhang Y. et al. // Energy. 2023. V. 281. Article 128192.
  20. Zhang T., Zhou Y., Hu Zh. // Fuel Process Technol. 2023. V. 247. Article 107749.
  21. Reddy M.P., Singh A.S., Reddy V.M. et al. // Alexandria Eng. J. 2022. V. 61. № 8. P. 6169. https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.11.047.
  22. Yang W., Zhang Y., Liu B., Xu K., Zhang H. // Fuel. 2022. V. 314. Article 122772.
  23. Zhang T., Hu Zh., Zhou Y. // Combust. and Flame. 2022. V. 241. Article 112092.
  24. Mularski J., Lue L., Li J. // Fuel. 2023. V. 348. Article 128520.
  25. Kuznetsov G.V., Syrodoy S.V., Kostoreva Zh.A., Nigay N.A., Purin M.V. et al. // Combust. and Flame. 2024. V. 262. Article 113353.
  26. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, 1967.
  27. Dogonchi A.S., Bondareva N.S., Sheremet M.A., El-Sapa Sh., Chamkha Ali J. et al. // J. Energy Storage. 2023. V. 72. № 7. Article 108745.
  28. Bondareva N.S., Sheremet M.A. // Intern. J. Thermo­fluids. 2023. V. 19. Article 100374.
  29. Гольдин В.Я., Четверушкин Б.Н. // Журн. вычисл. математики и мат. физики. 1972. Т. 12. № 4. С. 990.
  30. Chen Y., Aanjaneya K., Atreya A. // Fire Saf. J. 2017. V. 91. P. 820.
  31. Galgano A., Blasi C. Di. // Combust. and Flame. 2004. V. 139. № 1–2. P. 16.
  32. Paea S. Coal pyrolysis distribution. Wellington (New Zealand): Victoria University of Wellington, 2008.
  33. Бондарев А.Е. Препринт № 073. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 2008.
  34. Kuznetsov G.V., Syrodoy S.V., Malyshev D.Yu., Guta­reva N.Yu., Nigay N.A. // Appl. Therm. Eng. 2020. V. 170. Article 115034.
  35. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. Справ. М.: Изд-во стандартов. 1969.
  36. Агроскин А. А., Глейбман В.Б. Теплофизика твердого топлива. М.: Недра, 1980.
  37. Грязнов Н.С. Пиролиз углей в процессе коксования. М.: Металлургия, 1983.
  38. Агроскин А.А. Физические свойства угля. М.: Металлургиздат, 1961.
  39. Зельдович Я.Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. М.: Наука, 1984.
  40. Семенов Н.Н. // Успехи физ. наук. 1940. Т. 24. № 4. С. 433.
  41. Вилюнов В.Н. Теория зажигания конденсированных веществ. Новосибирск: Наука (Сибирское отделение), 1984.
  42. Басевич В.Я. // Успехи химии. 1987. Т. 56. № 5. С. 705.
  43. Самарский А.А. // Журн. вычисл. математики и мат. физики. 1963. Т. 3. № 3. С. 431.
  44. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. Учеб. пособие. М.: Наука, 1989.
  45. Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971.
  46. Kuznetsov G.V., Syrodoy S.V., Purin M.V., Karelin V.A., Nigay N.A. et al. // Energy. 2024. V. 288. Article 129579.
  47. Физическая энциклопедия / Под ред. Прохорова А.М. В 5 т. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. Т. 3.
  48. Yee K. // IEEE Trans. Antennas Propag. 1966. V. 14. № 3. P. 302.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».