Анализ вихревых структур в смесительном устройстве газогенератора синтез-газа; Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов; Т. 337, № 7
| Parent link: | Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов=Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering/ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.— .— Томск: Изд-во ТПУ, 2015-.— 2413-1830 Т. 337, № 7.— 2026.— С. 150-159 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Other Authors: | |
| Summary: | Актуальность. Эффективность газогенераторов синтез-газа для малотоннажного производства метанола определяется качеством смешения исходных компонентов – метана с кислородом, в смесительном устройстве, которое, в свою очередь, зависит от сложной вихревой динамики. Ранее была предложена оптимальная конфигурация смесительного устройства, однако физические механизмы, объясняющие её преимущество, и количественные критерии сравнения с альтернативными конструкциями детально не анализировались. Цель. Сравнительный анализ вихревых структур в различных конфигурациях смесительного устройства и обоснование оптимальной конструкции, обеспечивающей максимальную полноту смешения при минимальных потерях давления и отсутствии застойных зон. Методы. Численное моделирование в программном комплексе ANSYS Fluent 2020 R2 с использованием стандартной k-ε модели турбулентности и модели распада вихря (Eddy Dissipation Model). Результаты и выводы. На примере десяти вариантов конструкций показано, что соосное расположение центробежных форсунок приводит к образованию устойчивого тороидального вихря и обширной застойной зоны в центре камеры, что резко ухудшает смешение. Однонаправленная закрутка потоков порождает прецессирующее вихревое ядро, блокирующее массообмен. Впрыск горючего шестью струйными форсунками под углом 45° внутрь полости центробежной форсунки окислителя, напротив, создаёт интенсивную сдвиговую турбулентность, разрушает крупномасштабные вихри и полностью ликвидирует застойную зону, обеспечивая полное смешение на длине 30 мм. Полученные результаты раскрывают физические причины эффективности ранее выбранной оптимальной конфигурации Relevance. The efficiency of syngas generators for small-scale methanol production is determined by the quality of mixing of the initial components – methane and oxygen – in the mixing head, which in its turn depends on complex vortex dynamics. Previously an optimal mixing head configuration was proposed; however, the physical mechanisms explaining its advantage and quantitative criteria for comparison with alternative designs were not analyzed in detail. Aim. Comparative analysis of vortex structures in various mixing head configurations and substantiation of the optimal design ensuring maximum mixing completeness with minimum pressure drop and the absence of stagnation zones. Methods. Numerical simulation in the ANSYS Fluent 2020 R2 software package using the standard k-ε turbulence model and the Eddy Dissipation Model. Results and conclusions. Using ten design variants, it is shown that coaxial arrangement of centrifugal injectors leads to the formation of a stable toroidal vortex and an extensive stagnation zone in the chamber center, drastically worsening mixing. Unidirectional swirl of the flows generates a precessing vortex core that blocks mass transfer. Conversely, fuel injection through six jet injectors at an angle of 45° into the cavity of the centrifugal oxidizer injector creates intense shear turbulence, breaks up large-scale vortices, and eliminates the stagnation zone, ensuring complete mixing over a length of 30 mm. The obtained results reveal the physical reasons for the effectiveness of the previously selected optimal configuration Текстовый файл |
| Language: | Russian |
| Published: |
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | bulletin_tpu-2026-v337-i7-14.pdf https://doi.org/10.18799/24131830/2026/7/5695 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=688617 |