Дектерев А.А.   Дектерев А.А.   Минаков А.В.  

Моделирование испарения капель при факельном горении газа

Докладчик: Дектерев А.А.

Газокапельные потоки часто встречаются как в индустриальных, так и в природных процессах. Иногда такие потоки бывают осложнены газовым горением, и вследствие высоких тепловых нагрузок процесс может сопровождаться испарением капель. Адекватное моделирование таких систем необходимо для успешной оптимизации промышленных процессов и понимания соответствующих природных явлений.
Данная работа посвящена разработке методики численного моделирования испарения капель жидкости при факельном горении газа. Отработка методики и математических моделей осуществлялось с использованием коммерческого пакета Fluent и кода собственной разработки SigmaFlow. Параметры потока и турбулентные характеристики определялись на основе решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса замыкаемых двухпараметрическими моделями турбулентности. Для расчета горения газа использовалась гибридная модель, по которой скорость реагирования рассчитывается на основе многоступенчатого механизма реагирования и скорости турбулентного перемешивания компонент. Расчет движения и испарения капель осуществлялся с помощью методов на основе подхода Лагранжа.
Для верификации моделей и алгоритмов были произведены расчеты тестовых задач для отдельных процессов турбулентной аэродинамики, газового горения, движения и испарения капель. Результаты моделирования показали достаточно хорошее совпадение с экспериментальными данными и расчетами других авторов.
Комплексная методика расчета была успешно применена при расчете горелочных устройств для сжигания влажного попутного газа при нефте-газодобыче. Также данная модель применялась для оценки тепловых потоков на грунт при возникновении самовозгорающихся нефтегазовых факелов в природных условиях.