А. Р. Яппарова, Т. В. Маркелова, П. В. Снытников

Институт катализа СО РАН (г. Новосибирск, Российская Федерация)

Аннотация. Использование энергоустановок на основе топливных элементов является перспективным направлением в получении электроэнергии. Однако на пути их широкого внедрения стоит проблема высокой стоимости и доступности используемого топлива. Для решения этой проблемы разрабатываются эффективные системы, работающие на дизельном топливе. Основная задача заключается в создании устройства --- топливного процессора, которое бы конвертировало дизельное топливо в водородосодержащий газ. Устройство состоит из нескольких блоков: форсунка для впрыска жидкого топлива в перегретый пар в виде капель, зона смешения и испарения дизельного топлива, область подачи воздуха, реакционная зона, включающая катализатор. Подбор температуры для протекания процесса испарения должен быть произведен таким образом, чтобы, с одной стороны, жидкие капли не попадали на поверхность катализатора, а, с другой стороны, не запускались газофазные реакции в зоне смешения. Для разработки такого устройства требуется не только проведение лабораторных экспериментов и исследование катализатора процесса, но и оптимизация основных физических характеристик устройства, таких как его линейные размеры, рабочая температура, расходы реагентов и многих других. Проведение такого исследования невозможно без использования методов математического моделирования. Это существенно сокращает сроки и стоимость работ. В данной работе представлена цифровая модель устройства для формирования паро-воздушно-углеводородной смеси в осесимметричной постановке. Изучена динамика дозвукового многофазного течения водяного пара, несущего капли жидкого дизельного топлива, процесс испарения и смешивания дизельного топлива с водяным паром и воздухом. Математическая модель была реализована в пакете ANSYS Fluent (академическая лицензия ССКЦ СО РАН).

Ключевые слова: дизельное топливо, многофазное течение, испарение топлива, формирователь воздушно - углеводородных смесей, ANSYS Fluent

Для цитирования: Яппарова А. Р., Маркелова Т. В., Снытников П. В. Численная модель формирования паро-воздушно-углеводородных смесей // Журнал Средневолжского математического общества. 2023. Т. 25, № 4. С. 361–374. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.25.202304.361-374

Информация об авторах:

Яппарова Айгуль Раухатовна, инженер, Институт катализа СО РАН (630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, д. 5), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8424-8104, a.yapparova@g.nsu.ru

Маркелова Тамара Валерьевна, ведущий инженер, Институт катализа СО РАН (630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, д. 5), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9920-0923, matamara@gmail.com

Снытников Павел Валерьевич, заведующий Отделом гетерогенного катализа, руководитель Центра НТИ "Водород как основа низкоуглеродной экономики",, Институт катализа СО РАН (630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, д. 5), доктор химических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5057-3187, pvsnyt@catalysis.ru