У. Д. Мизхер¹, М. Д. Мизхер², П. М. Абрашкин³, П. А. Вельмисов³

¹Южный технический университет (г. Басра, Ирак)

²Университет Аль-Шатра (г. Аль-Шатра, Ирак)

³Ульяновский государственный технический университет (г. Ульяновск, Российская Федерация)

Аннотация. В данной работе представлен комплексный численный анализ (CFD) реагирующего потока с целью исследования влияния центрального впрыска воздуха на эффективность горения и эмиссионные характеристики биогаза. Из-за высокого содержания диоксида углерода (CO2) биогаз обычно характеризуется нестабильностью пламени и низкой теплотворной способностью. Для решения этих проблем предложен метод центрального впрыска вторичного воздуха, направленный на изменение динамики сдвигового слоя и интенсификацию турбулентно-химического взаимодействия. Численное моделирование выполнено путем решения уравнений Навье--Стокса, осредненных по Рейнольдсу (RANS), совместно с моделью турбулентности Realizable k-?. Сложные химические реакции смеси метана и диоксида углерода моделировались с использованием концепции вихревого рассеяния (EDC) в сочетании с сокращенным механизмом химической кинетики. Результаты показывают, что аэродинамическая структура, формируемая центральной воздушной струей, создает устойчивую центральную тороидальную зону рециркуляции (CTRZ). Эта зона выполняет роль теплового анкера, существенно стабилизируя корень пламени и предотвращая его отрыв. Оптимизация скорости центрального впрыска воздуха привела к более равномерному распределению температуры и значительному снижению выбросов недогоревших углеводородов (UHC) и монооксида углерода (CO) на выходе. Однако был определен верхний порог скорости впрыска, выше которого локальное образование термических оксидов азота (NOx) возрастает из-за появления интенсивных стехиометрических зон. Полученные результаты дают практические рекомендации по аэродинамической оптимизации и проектированию экологически чистых горелочных устройств, работающих на низкокалорийном биотопливе.

Ключевые слова: вычислительная гидродинамика (CFD), горение биогаза, центральный впрыск воздуха, концепция вихревого рассеяния (EDC), снижение выбросов

Для цитирования: Мизхер У. Д., Мизхер М. Д., Абрашкин П. М., Вельмисов П. А. Численное моделирование центрального впрыска воздуха для повышения эффективности горения биогаза в системе с реагирующим потоком // Журнал Средневолжского математического общества. 2026. Т. 28, № 3. С. 240–257. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.28.202603.240-257

Информация об авторах:

Мизхер Усама Джавад, кандидат технических наук, преподаватель, Южный технический университет (61001, Ирак, г. Басра, ул. Главная дорога Аль-Зубайр), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8950-9772, u.mizher@stu.edu.iq

Мизхер Мустафа Джавад, преподаватель, Университет Аль-Шатра (64007, Ирак, г. Аль-Шатра, ул. Аль-Гарраф), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7573-3036, mustafa.j.mezher@shu.edu.iq

Абрашкин Павел Михайлович, аспирант, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный технический университет» (430027, Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32), ORCID: https://orcid.org/0009-0009-7029-3826, abrashkinpm@gmail.com

Вельмисов Петр Александрович, доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный технический университет» (430027, Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7825-7015, velmisov@ulstu.ru