Соударение капель жидкостей с твердыми частицами, образующимися при термохимической конверсии твердых, жидких и композиционных топлив

Актуальность темы проекта обусловлена группой факторов. Экологические, энергетические и технико-экономические характеристики большой группы перспективных в теплоэнергетической отрасли технологий могут быть повышены за счет управления параметрами процессов смешения потоков жидкости с дымовыми газами с целью интенсификации улавливания частиц сажи и снижения антропогенных выбросов, а также за счет разработки способов снижения сажевых отложений на стенках оборудования с целью повышения эффективности его работы. Современные устройства, предназначенные для удаления твердых сажевых частиц из дымовых газов, недостаточно эффективны для частиц микронных размеров. Несмотря на попытки повышения эффективности улавливания зольных частиц каплями жидкости пока не установлены условия и параметры (давление, скорости, размеры капель) распыления потоков жидкости в область продуктов сгорания и скопления твердых частиц сажи, а также процессы изменения структуры и характеристик газопарокапельного потока, образующегося в ходе агломерации, фрагментации и уноса капель и частиц, образующихся при горении твердых топлив. Детальное изучение перечисленных процессов позволит интенсифицировать механизмы улавливания мелких сажевых частиц каплями отличающихся по составу жидкостей, оптимизировать управление их характеристиками, снизить затраты электроэнергии на очистку продуктов сгорания. В заявке изучены основные причины, сдерживающие исследования в данной области, и сформулированы пути решения обозначенной проблемы. Целью проекта являются численные и экспериментальные исследования процессов улавливания сажевых частиц потоком капель специализированных составов и способов очистки сажевых отложений со стенок оборудования. Научная новизна проекта состоит в том, что запланированы экспериментальные исследования с газопарокапельными потоками и потоками твердых частиц, приближенными к промышленным установкам по очистке дымовых газов, с целью изучения эффектов улавливания выделяющихся с продуктами сгорания топлив сажевых частиц каплями разных по компонентному составу жидкостей. Будут установлены основные характеристики процессов взаимодействия капель отличающихся по компонентному составу жидкостей с твердой стенкой, на которой присутствуют сажевые отложения, с целью минимизации вредного воздействия последних на режимы работы теплотехнического оборудования. Перечисленные процессы являются определяющими в перспективных технологиях по созданию теплоносителей из дымовых газов, паров и капель воды; огневой очистке жидкости в потоке продуктов сгорания; обработке подверженных коррозии поверхностей энергетического оборудования и др. Анализ достижений мирового научного сообщества в данной области позволяет сделать вывод о том, что исследований столкновений капель с продуктами сгорания с целью снижения антропогенных выбросов недостаточно для прогнозирования соответствующих процессов в указанных технологиях. С применением высокоскоростных регистрирующих систем, позволяющих провести детальный анализ быстропротекающих процессов, планируется выполнить эксперименты по изучению влияния группы факторов и параметров (в частности, компонентного состава жидкости и свойств сажевых частиц, параметров подачи жидкости в область дымовых газов со скоплением твердых частиц и др.) на перечисленные процессы. Результаты запланированных в рамках проекта экспериментальных исследований с варьированием основных факторов и параметров газовой среды позволят получить информационную базу данных с условиями и характеристиками процессов, приближенных к промышленным установкам по очистке дымовых газов, а также разработать физические и математические модели протекающих процессов в широких диапазонах исследуемых параметров