Том 335 № 7 (2024)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2024/7/4343
Численное моделирование нестационарного режима работы установки погружного горения
Актуальность исследования обусловлена необходимостью выпаривания больших количеств рассолов на предприятиях калийной промышленности. Выпаривание рассолов в поверхностных выпарных аппаратах затруднено вследствие инкрустации теплообменных поверхностей осадками солей. Поэтому такое выпаривание целесообразнее всего осуществлять в аппаратах погружного горения, так как они не содержат теплопередающих поверхностей. Однако и в этом типе аппаратов возможно возникновение неисправностей из-за неуправляемого осаждения твёрдой фазы. В настоящий момент динамика твёрдой фазы в аппаратах погружного горения слабо изучена. Данное исследование является частью научной программы, направленной на всесторонне рассмотрение закономерностей движения твёрдых частиц в аппаратах с погружным горением. Цель: изучить гидродинамические процессы в установке погружного горения в промежуток времени, соответствующий началу её работы; описать закономерности движения твёрдой фазы в зависимости от времени. Объект: лабораторная установка погружного горения. Проанализирована упрощенная модель теплового режима работы без последующего перехода жидкой фазы в пар. Методы: численный эксперимент. При моделировании применялся гибридный метод конечных объёмов в сочетании с технологией метода конечных элементов. Многофазная система рассматривалась как две сосуществующих подсистемы: газ–жидкость и жидкость–твёрдые частицы. Результаты. Рассмотрен конечный временной интервал работы установки. Обнаружено, что за рассматриваемое время достигается стационарный режим осаждения твёрдых частиц. Обнаружены осцилляции скорости потока жидкости, приводящие к колебаниям массового расхода твёрдых частиц на дне установки. Обнаружено, что схожую форму колебаний имеют скорость на кончике струи дымовых газов, вырывающейся из сопла горелки, а также давление на срезе сопла. Обоснована гипотеза об определяющем влиянии неустойчивости струйного движения дымовых газов на осцилляционное поведение всей гидродинамической системы.
Ключевые слова:
погружное горение, численное моделирование, нестационарный режим, трёхфазный поток, газ–жидкость–твёрдые частицы, осаждение