การใช้ประโยชน์จากพลศาสตร์ของของไหลเพื่อการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผสมแก๊สในเตาเผา

พื้นหลัง

นี่คือมาตรฐานการออกแบบเตาเผาความร้อนใช้ในกระบวนการ Clauss ซึ่งจะแปลง H ₂ S เพื่อ SO 2 ปัญหาหลักของเตาคือการผสมแก๊สค่อนข้างแย่และส่งผลให้อัตราการแปลงเพียง 60% สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนของอุปกรณ์ดาวน์สตรีมเพื่อจัดการกับสิ่งสกปรก การออกแบบปรับปรุงการผสมแก๊สเป็นที่ต้องการอย่างมาก

H ₂ S และ O ₂จะถูกป้อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์ ปฏิกิริยาการเผาไหม้เริ่มต้นและเพิ่มอุณหภูมิเป็นประมาณ 1,400 ° C จุดที่ทำให้หายใจไม่ออกอยู่ตรงกลางของเครื่องปฏิกรณ์อยู่ที่นั่นเพื่อบังคับให้ก๊าซผสมกันได้ดีกว่าทั้งสองด้าน

สิ่งที่ฉันได้ทำไปแล้ว

ฉันมีการออกแบบดัดแปลงบนหัวฉีดที่อนุญาตให้ผสมได้มากขึ้นด้วยแรงบันดาลใจจากหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงในยานยนต์

ฉันไม่ได้รวมจุดทำให้หายใจไม่ออกในภาพวาดนี้ มันทำเพื่อทดสอบความถูกต้องของแนวคิดเท่านั้น

หัวฉีดที่มีมุมสองครั้งให้ความเร็วในแนวนอนและแนวรัศมีกับก๊าซที่ไหลเข้า สิ่งนี้ทำให้เกิดผลหมุนวนในของเหลวปรับปรุงการผสมประมาณ 60% การผสมหมายถึงความสม่ำเสมอของการกระจายสินค้าของร้าน

ข้อดีคือสองเท่า: อนุภาคก๊าซต้องเดินทางต่อเนื่องจากการหมุนวนทำให้เพิ่มเวลาที่พวกมันอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ ดังนั้นการแปลงขนาดใหญ่ก็สามารถทำได้หรือมองจากมุมมองที่แตกต่างกันจึงจำเป็นต้องมีเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กเพื่อให้ได้การแปลงเช่นเดียวกับหน่วยมาตรฐานลดค่าใช้จ่ายลงอย่างมาก

คำถาม

ฉันต้องการใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์พลศาสตร์ของไหลเพื่อปรับปรุงการผสม การก่อตัวของเอ็ดดี้ถูกนำมาใช้ในส่วนสำลัก มีอะไรอีกบ้างที่สามารถปรับปรุงการผสมได้ ฟีเจอร์ใดที่สามารถเพิ่ม / ลบได้

PS: อธิบายการออกแบบของคุณด้วยคำพูดไม่จำเป็นต้องสร้างแบบจำลองจริง
แน่นอนว่ามันจะช่วยให้ฉันเห็นความคิด แต่ก็ไม่จำเป็น

ฉันสามารถเข้าถึง Fluent ที่ฉันจำลองการออกแบบเหล่านี้และเปรียบเทียบกับหน่วยมาตรฐาน

ฉันยังคงกระตือรือร้นที่จะเห็นสิ่งที่คุณสามารถเกิดขึ้นกับ

เท่าที่ฉันเข้าใจคำถามของคุณคุณกำลังมองหาวิธีที่จะกระจาย / ผสมก๊าซสองชนิดเข้าด้วยกัน กระบวนการนี้ยากที่จะจำลอง "ถูกต้อง" เนื่องจากลักษณะของสมการ อย่างไรก็ตามมันไม่น่าเป็นไปได้ที่คุณจะมีการผสมที่แย่กว่าที่คาดการณ์ไว้เพราะแบบจำลองมักจะประเมินกระบวนการปั่นป่วนต่ำเกินไป ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของคุณคือการสูญเสียแรงดันที่เชื่อมโยงกับการผสมแบบปั่นป่วนขึ้นอยู่กับแรงดันในการทำงานของระบบของคุณ

สิ่งที่ดีคือการผสมเป็นสิ่งจำเป็นในการใช้งานจำนวนมากบางทีคุณอาจได้รับความคิดบางอย่าง:

NASA ตรวจสอบกระบวนการผสมแบบปะทะหลายครั้งสำหรับห้องเผาไหม้เหลว - ของเหลว:

GE, Pratt และ Rolls-Royce ได้ตรวจสอบวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการผสมบายพาสและแกนไหลของเครื่องยนต์เจ็ท:

และในที่สุดการบินและกังหันก๊าซที่นิ่งอยู่กับผู้ผลิตได้ทดลองหลายอย่างเพื่อหาวิธีที่มีประสิทธิภาพ (รวดเร็ว) ในการผสมอากาศและเชื้อเพลิง:

โดยพื้นฐานแล้วแนวคิดเบื้องหลังตัวอย่างทั้งหมดคือการเพิ่มพื้นผิวของของเหลวทั้งสอง ในระดับโมเลกุลการผสม / การแพร่สามารถเพิ่มได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิเท่านั้น ดังนั้นที่อุณหภูมิผสมที่กำหนดสามารถเพิ่มได้โดยการเพิ่มพื้นผิวการผสมและปล่อยให้โมเลกุลเกิดขึ้นในระดับที่ใหญ่ขึ้น

อย่างไรก็ตามโดยเฉพาะอย่างยิ่งเลเยอร์แรงเฉือนและกระแสหมุนวนซึ่งใช้ในตัวอย่างสุดท้ายนั้นยากมากที่จะจำลองเพราะแบบจำลองความปั่นป่วนมักจะไม่สามารถจับฟิสิกส์ได้ดีพอ

สรุปสั้น ๆ หรือแสดงความคิดเห็นต่อคำถามของคุณ:

ฉันต้องการใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์พลศาสตร์ของไหลเพื่อปรับปรุงการผสม

มีปรากฏการณ์พื้นฐานเพียงอย่างเดียวของการผสมและนั่นคือการแพร่กระจาย เพื่อเพิ่มการผสมในขณะที่มีการแพร่กระจายอย่างต่อเนื่องคือการเพิ่มพื้นที่ผิวผสมซึ่งทำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดโดยการหมุนชั้นเฉือน

ผลการศึกษาเบื้องต้น

ฉันเพิ่มโครงสร้างรูปกรวยก่อนจุดสำลักเพื่อแยกการไหล โดยทั่วไปการตัดของเหลว กรวยนี้มี 4 ตัวรองรับ การกำหนดค่านี้เพิ่มการผสมโดยจำนวนไร้สาระ ฉันประสบความสำเร็จในการจัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์เชิงเส้นใกล้ อย่างไรก็ตามฉันไม่ได้ใช้อุณหภูมิหรือการวิเคราะห์โครงสร้างบนกรวยนี้เพื่อตรวจสอบว่าสามารถใช้กับอุณหภูมิหรือโหลดที่ใช้กับกรวยได้หรือไม่ กรวยนี้ถูกเพิ่มเข้ากับโครงสร้างมาตรฐาน ควรทำการวิเคราะห์เพิ่มเติมกับกรวยและหัวฉีดแบบทำมุมสองครั้ง

มีการเพิ่มกำแพงไซน์เข้าไปในเตาหลอมเพื่อช่วยในการสร้างวนบนขอบเขต สิ่งนี้เพิ่มความเป็นเชิงเส้นของการกระจายผลิตภัณฑ์ แต่ลดอัตราการแปลงซึ่งฉันไม่เข้าใจในขณะนี้

เพื่อช่วยในกระบวนการสร้างแบบจำลองจะใช้ปฏิกิริยาที่ง่ายขึ้น น้ำมันเบนซินและออกซิเจนถูกป้อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์ที่ 600 เคลวิน

ตำนานปิดภาพต่อไปนี้ทั้งหมดอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0% (ชัดเจน) ถึง 100% (สีแดง) สถานการณ์ทั้งหมดที่ถูกเรียกใช้ใช้สภาพการทำงานเดียวกันและความยาวโดยรวมของเครื่องปฏิกรณ์ยังคงที่

การแปลงผลลัพธ์มีลักษณะดังนี้:

การแปลงค่าเฉลี่ยที่เกิดขึ้นที่ร้านพบว่าเป็น 40.09%

ด้วยการเพิ่มโครงสร้างรูปกรวยการแปลงเพิ่มขึ้นเป็น 43.43% และมีลักษณะดังนี้:

การปรับปรุงที่สำคัญในการแปลงได้เห็นเมื่อเพิ่มจุดทำให้หายใจไม่ออกสองจุด การแปลงที่พบ: 78.46% ซึ่งเกือบสองเท่าเมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์มาตรฐาน

การทำซ้ำครั้งต่อไปเกี่ยวข้องกับการเพิ่มคุณสมบัติโค้งมนให้กับเครื่องปฏิกรณ์ สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งสุดท้ายที่ 78.57% ซึ่งไม่เพิ่มขึ้นอย่างมากจากการวัดใด ๆ แต่สามารถทำได้อย่างง่าย

กรวยสองอันที่เพิ่มเข้าไปในการออกแบบแบบ choke สองครั้งเพื่อให้รูปทรงเรขาคณิตของกรวยอาจช่วยในการสร้างวนในช่อง ผลลัพธ์เป็นไปตามที่คาดไว้และพบการแปลง 85.35%

การออกแบบก่อนหน้านี้ได้รับการแก้ไขด้วยการปัดเศษคล้ายกับการออกแบบก่อนหน้านี้ ส่งผลให้เกิดการแปลง 86.71%

การทดลองของฉันแสดงให้เห็นว่ามีการปรับปรุงในการออกแบบโบราณนี้ (แท้จริงแล้วมันมาจากต้นปี 90) โดยใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์บางอย่าง

ขณะนี้ฉันกำลังอยู่ในขั้นตอนของการหวีโช้คคู่กรวยคู่การออกแบบโค้งมนด้วยหัวฉีดแบบทำมุมสองครั้ง

rul30 พูดให้ดีที่สุด:

โดยพื้นฐานแล้วแนวคิดเบื้องหลังตัวอย่างทั้งหมดคือการเพิ่มพื้นผิวของของเหลวทั้งสอง ในระดับโมเลกุลการผสม / การแพร่สามารถเพิ่มได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิเท่านั้น ดังนั้นที่อุณหภูมิผสมที่กำหนดสามารถเพิ่มได้โดยการเพิ่มพื้นผิวการผสมและปล่อยให้โมเลกุลเกิดขึ้นในระดับที่ใหญ่ขึ้น

วิธีการหนึ่งที่จะทำนี้ผสมแบบคงที่ เครื่องผสมแบบคงที่คือชุดของใบมีดซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นเกลียวซึ่งถูกแทรกเข้าไปในท่อ ใบมีดจะ 'ตัด' และเปลี่ยนของไหลเพื่อให้องค์ประกอบของปริมาตรต่างกันสัมผัส

อย่างไรก็ตามคุณจะไม่สามารถจำลองแบบหนึ่งมิติในแบบ 2D ได้ มีหลายประเภท - ขดลวด:

องค์ประกอบ X:

และอื่น ๆ

การเลือกมิกเซอร์ที่ถูกต้องน่าจะเป็นวิทยาศาสตร์ในตัวของมันเองในแวบแรกฉันพบบทความเกี่ยวกับการใช้ในการผลิตกาวเท่านั้นมิกเซอร์เหล่านี้มักจะใช้ในการใช้ของเหลวของเหลวและก๊าซเหลว หน้านี้ให้คำแนะนำแก่ ๆ ชนิดสำหรับการประยุกต์ใช้ก๊าซธรรมชาติก๊าซอีกเป็นแผ่นกระดาษลูกฟูกชนิด เครื่องผสมแบบคงที่สำหรับการผสมก๊าซ - แก๊สยังใช้ในการบำบัดก๊าซไอเสียซึ่งอาจเป็นหนทางหนึ่งในการวิจัยเพิ่มเติม

รูปภาพ: Schumacher Verfahrenstechnik