COMPARATIVE ANALYSIS OF FLOW PATTERNS UNDER ISOTHERMAL CONDITIONS AND COMBUSTION IN MICRO-JET BURNERS WITH MULTI-ROW FUEL SUPPLY
Abstract
The article presents the results of a comparative analysis of isothermal and nonisothermal flow characteristics in stabilizer-type burners with three-row fuel feed, designed for operation at variable excess air ratios. CFD modeling using the FLUENT software package was used as the research method. Simulation experiments were performed using the DDES approach with the Realizable k-є turbulence model. The modeling results revealed significant differences in the flow patterns for the compared situations. These differences include, in particular, the location of high-velocity zones in different regions of the channel. It is shown that the velocity behind the flame stabilizers is generally significantly higher during combustion due to flow acceleration caused by thermal expansion of the gases. This acceleration is found to begin downstream, the farther the gas supply openings are from the stall edge. Particular attention is paid to comparing the characteristics of recirculation zones in the aft region of flame stabilizers, which are responsible for stabilizing the combustion process, for isothermal and nonisothermal flow conditions. It is shown that the extent of these zones increases during combustion, while the maximum absolute velocity values within them decrease. Results are also presented for comparing velocity pulsation fields in the burner devices under study for reacting flows and isothermal flow. It is established that the level of these pulsations during combustion generally significantly exceeds the corresponding level for isothermal flow. The results of these studies can be widely used in selecting the design and operating parameters of the proposed burners.
References
2. Fialko N.M., Aleshko S.A., Rokitko K.V., MilkoE.I., Maletskaya O.E., Kutnyak O.N., Olkhovskaya N.N., Donchak M.I. Regragui A., Donchak M.I. Regularities of mixture formation in the burners of the stabilizer type with one-sided fuel supply. Технологические системы, 2018. 3(38). С. 37-43.
3. Фиалко Н.М., Шеренковський Ю.В., Алешко С.О., Меранова Н.О., Прокопов В.Г., Тимощенко О.Б., Полозенко Н.П., Стрижеус С.Н. Сравнительный анализ характеристик течения в горелках с эшелонированным расположением стабилизаторов пламени в изотермических условиях и при горении топлива. Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. 2016. вип. 242. С. 33-40.
4. Абдулін М.З., Фіалко Н.М., Тимощенко О.Б., Сірий О.А., Шеренковський Ю.В., Мілко Є.І., Кліщ А.В. Озеров А.А., Ольховська Н.М., Швецова Л.Я. Температурні режими зон зворотних токів у ближньому сліді циліндричних стабілізаторів полум'я. Науковий вісник НЛТУ, 2018,28, №3. С.97-100.
5. Фіалко Н.М., Прокопов В.Г., Бутовський Л.С., Шеренковский Ю.В., Алешко С.О., Меранова Н.О., Полозенко Н.П. Особенности течения топлива и окислителя при эшелонированном расположении стабилизаторов пламени. Промышленная теплотехника. 2011. №2. С. 59-64
6. Uwe Schnell. Numerical modelling of solid fuel combustion processes using advanced CFD-based simulation tools. International Journal of Progress in Computational Fluid Dynamics, , 2001, Vol. 1, No. 4. pp 208-218 https:// doi.org/10.1504/PCFD.2001.001485
7. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Абдулин М.З., Алёшко С.А. Шеренковский Ю.В., Меранова Н.О., Бутовский Л.С., Миргородский А.Н. Компьютерное моделирование процессов переноса в системах охлаждения горелочных устройств стабилизаторного типа. Промышленная теплотехника. 2012. №1. С. 64-71.. http:// dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59056
8. Фиалко Н.М. , Алешко С.А., Абдулин М.З., Шеренковский Ю.В., Меранова Н.О., Тимощенко А.Б., Бутовский Л.С. Эффективность систем охлаждения горелочных устройств струйно-стабилизаторного типа. Технологические системы. 2012. 58/1. С.52-57.
9. Фіалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренковський Ю.В., Меранова Н.О., Альошко С.О. Аеродинаміка і сумішоутворення в пальниках з багаторядною струменевою системою паливоподачі. Теплофізика та теплоенергетика. 2023. №2. С. 34-44. https://doi.org/10.31472/ttpe.2.2023.4
10. Perpignan, A.A.V., Talboom, M. G., Levy Y., and Gangoli Rao, A. (2018) Emission Modeling of an Interturbine Burner Based on Flameless Combustion. Energy Fuels, 32, 822-838. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b02473
11. Кобзар С.Г., Топал О.І., Гапонич Л.С., Голенко І.Л., Моделювання процесу сумісного спалювання природного газу з паливами із твердих побутових відходів // Електронне моделювання, 2020, Т. 42, №6, с. 74-92. URL: https://doi.org/10.15407/emodel.42.06.072
12. Fialko N., Meranova N., Shrenkovskii Ju., Aleshko S.,Rokytko K Flow structure in a stabilizer burner with one-sided fuel supply. International Multidisciplinary Conference Science and technology of the presents time: priority development directions of Ukraine and Poland. Volomin. 19-20 October. 2018 P. 112-115 ISBN 978-9934571-55-8.
13. Фіалко Н.М., Шеренковський Ю.В., Хміль Д.П. Меранова Н.О., Альошко С.О., Полозенко Н.П., Кліщ А.В., Чехаровська М.І., Дашковська І.Л., Попружук І.О. Ефекти впливу номеру ряду струменевої подачі палива на ха- рактеристки течії і сумішоутворення в мікрофакельних пальникових пристроях. Міжнародний науковий журнал "Інтернаука". 2023. №6(140). С. 65-70. https://doi. org/10.25313/2520-2057-2023-6-8767
14. Zimont V. L., Biagioli F., Syed K. Modelling turbulent premixed combustion in the intermediate steady propagation regime. International Journal of Progress in Computational Fluid Dynamics. 2001. Vol. 1, No. 1-3 Published Online: August 29, 2007 pp 14-28 https://doi. org/10.1504/PCFD.2001.001467
15. Фіалко Н.М., Шеренковський Ю.В., Прокопов В.Г., Альошко С.О., Меранова Н.О., Рокитько К.В. CFD моделювання температурних режимів зони горіння пальників стабілізаторного типу з асиметричною подачею палива. Теплофізика та теплотехніка. 2019. 41. №4. С.13-18. https://doi.org/10.31472/ttpe.4.2019
Abstract views: 161 PDF Downloads: 131
If the article is accepted for publication in the journal «Thermophysics and Thermal Power Engineering» the author must sign an agreementon transfer of copyright. The agreement is sent to the postal (original) or e-mail address (scanned copy) of the journal editions.
