Влияние параметров сопел форсунок на эффективность генератора парогазовых смесей

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

На основании результатов численного моделирования испарения воды, впрыскиваемой в поток горячих дымовых газов, были получены зависимости эффективности испарения от параметров сопел форсунок: дисперсность распыла, угол раскрытия конуса и его полнота. Результаты моделирования были аппроксимированы линейной регрессией и экстраполированы за пределы исходных диапазонов параметров сопел для определения максимума эффективности. Вектор оптимизации параметров сопла был определен в направлении формирования полых факелов с большим углом раскрытия. Также было отмечено усиление влияния угла раскрытия факела на эффективность испарения по мере уменьшения его полноты. При этом эффективность узких пустых конусов в некоторых случаях может быть меньше, чем у полных. Также показано отсутствие зависимости эффективности испарения от размера капель при их диаметре менее 1 мм.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Н. Никитин

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: max@nikitin-pro.ru
Россия, Самара

Список литературы

  1. Rostami V., Shao Y., Boyd A. J. (2012). Carbonation Curing versus Steam Curing for Precast Concrete Production. Journal of Materials in Civil Engineering, 24(9), 1221–1229. doi: 10.1061/(asce)mt.1943-5533.0000462
  2. He Z., Wang S., Mahoutian M., Shao Y. (2020). Flue gas carbonation of cement-based building products. Journal of CO2 Utilization, 37, 309–319. doi: 10.1016/j.jcou.2020.01.001
  3. Gay P., Piccarolo P., Ricauda Aimonino D., Tortia C. (2010). A high efficiency steam soil disinfestation system, part I: Physical background and steam supply optimisation. Biosystems Engineering, 107(2), 74–85. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2010.07.003
  4. Miller T. C., Samtani J. B., Fennimore S. A. (2014). Mixing steam with soil increases heating rate compared to steam applied to still soil. Crop Protection, 64, 47–50. doi: 10.1016/j.cropro.2014.06.002
  5. Gundermann M., Raab F., Raab D., Botsch T. W. (2021). Investigation of the heat transfer coefficient during the condensation of small quantities of water vapour from a mixture with a high proportion of non-condensable gas in a horizontal smooth tube. International Journal of Heat and Mass Transfer, 170, 121016. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121016
  6. Dickinson D. R., Marshall W. R. (1968). The rates of evaporation of sprays. AIChE Journal, 14(4), 541–552. doi: 10.1002/aic.690140404
  7. Som S. K., Dash S. K. (1993). Thermodynamics of spray evaporation. Journal of Physics D: Applied Physics, 26(4), 574–584. doi: 10.1088/0022-3727/26/4/009
  8. Fisenko S. P., Brin A. A., Petruchik A. I. 2004. Evaporative cooling of water in a mechanical draft cooling tower. International Journal of Heat and Mass Transfer 47, 165–177.
  9. Belarbi R., Ghiaus C., Allard F. (2006). Modeling of water spray evaporation: Application to passive cooling of buildings. Solar Energy, 80(12), 1540–1552. doi: 10.1016/j.solener.2006.01.004
  10. Rivas A., Villermaux E. (2016). Dense spray evaporation as a mixing process. Physical review fluids 1, 014201. doi: 10.1103/PhysRevFluids.1.014201
  11. Chang T. B., Yu L. Y. (2015). Optimal nozzle spray cone angle for triangular-pitch shell-and-tube interior spray evaporator. International Journal of Heat and Mass Transfer, 85, 463–472. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.01.123
  12. Fathinia F., Al-Abdeli Y.M., Khiadani M. (2019). Evaporation rates and temperature distributions in fine droplet flash evaporation sprays. International Journal of Thermal Sciences, 145, 106037. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2019.106037
  13. Fathinia F., Khiadani M., Al-Abdeli Y.M. (2019). Experimental and mathematical investigations of spray angle and droplet sizes of a flash evaporation desalination system. Powder Technology. doi: 10.1016/j.powtec.2019.07.081
  14. Lacour S. O.L., Flick D., Trinquet F., Leducq D., Vende P. E. (2020). Water evaporation flux and cooling efficiency of spraying on cross-flow exchangers. Applied Thermal Engineering, 115652. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115652
  15. Okada S., Ohsaki S., Nakamura H., Watano S. (2020). Estimation of evaporation rate of water droplet group in spray drying process. Chemical Engineering Science, 115938. doi: 10.1016/j.ces.2020.115938
  16. Tissot J. (2011). Amélioration des performances énergétiques et environnementales des systèmes frigorifiques au moyen de la brumisation des condenseurs à air (Doctoral dissertation, Université Henri Poincaré-Nancy 1).
  17. Raoult F., Lacour S., Carissimo B., Trinquet F., Delahaye A., Fournaison L. (2018). CFD water spray model development and physical parameter study on the evaporative cooling. Applied Thermal Engineering. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2018.12.063
  18. Safiullah, Keiya N., Youichi O. (2021). Evaporation and mixture formation characteristics of diesel spray under various nozzle hole size and injection pressure condition employing similar injection rate profile. International Communications in Heat and Mass Transfer, 123, 105184. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105184
  19. Sureshkumar R., Kale S. R., Dhar P. L. (2008). Heat and mass transfer processes between a water spray and ambient air – I. Experimental data. Applied Thermal Engineering, 28(5–6), 349–360. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2007.09.010
  20. Sureshkumar R., Kale S. R., Dhar P. L. (2008). Heat and mass transfer processes between a water spray and ambient air – II. Simulations. Applied Thermal Engineering, 28(5–6), 361–371. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2007.09.015
  21. Nikitin M. N. (2022). Simulation data on nozzle configuration of direct-contact gas-vapor mixture generators. Mendeley Data. V1. doi: 10.17632/5xdf5y9z24.1
  22. Richardson L. F. The approximate arithmetical solution by finite differences of physical problems including differential equations, with an application to the stresses in a masonry dam // Transactions of the Royal Society A. 1911. Vol. 210, no. 495–470. P. 307–357. doi: 10.1098/rsta.1911.0009
  23. Nikitin M. N., Satonin A. V. (2022). Numerical simulation of water spray evaporation in a turbulent air flow. IoP Conference Series. (In Press).
  24. Tanner F. X. (1997). Liquid Jet Atomization and Droplet Breakup Modeling of Non-Evaporating Diesel Fuel Sprays. SAE transactions, 106, 127–140.
  25. Kaario O., Larmi M., Tanner F. X. (2002). Non-evaporating liquid spray simulations with the ETAB and WAVE droplet breakup models. ILLAS Europe Proceedings.
  26. Beji T., Merci B. (2018). A Detailed Investigation on the Effect of the Sherwood and Nusselt Number Modelling for the Heating and Evaporation of a Single Suspended Water Droplet J. Phys.: Conf. Ser. 1107 062002
  27. Wolfram Research. (2008). LinearModelFit, Wolfram Language function, https://reference.wolfram.com/language/ref/LinearModelFit.html.
  28. Akaike H. (1974). A new look at the statistical model identification, IEEE Transactions on Automatic Control, 19 (6): 716–723, doi: 10.1109/TAC.1974.1100705
  29. Weisstein E. W. Student’s t-Distribution. From MathWorld – A Wolfram Web Resource. https://mathworld.wolfram.com/Studentst-Distribution.html (accessed on 2022).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема расчетной области

Скачать (409KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Входной (красный) и выходной (желтый) участки расчетной области: исходный (слева) и оптимизированный (справа) варианты

Скачать (318KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Невязки линейной модели в каждом приближении прямого поиска базисов

Скачать (506KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость эффективности испарения от угла и полноты конуса распыла

Скачать (278KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость эффективности испарения от угла конуса распыла и среднего размера капель

Скачать (290KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость эффективности испарения распыла от конфигурации форсунки

Скачать (384KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024