name: Математическое моделирование и численное исследование закрученной реагирующей топливно-воздушной струи в приложениях к проектированию малоэмиссионных энергоустановок на низкосортных топливах
keyword_list: комбинированное горение комплекс программ энергетический котел метод математического моделирования Газодинамика
abstract: Целью диссертационной работы является повышение точности математического моделирования для отработки в вычислительном эксперименте технологии устойчивого малоэмиссионного горения и сокращение времени расчета процессов турбулентного горения низкосортного топлива.
  Задачи диссертационной работы:
  – выполнить математическое моделирование в сопряженной постановке процессов газовой динамики, тепломассопереноса и детальной химической ки-нетики в закрученной реагирующей струе, состоящий в применении уточненного значения турбулентного числа Прандтля Prт, и позволяющий учитывать влияние турбулентности и химической кинетики сильнозакрученных реагирующих струй газа.
  – разработать численный метод и алгоритмы численной реализации ре-шения задачи расчета закрученной реагирующей струи, состоящий в получении начального приближения из аналитического решения задач тепломассопереноса для закрученных потоков (слабозакрученная струя и струя с конечной закруткой), и позволяющий увеличить точность и скорость процесса расчета горения закрученного потока. 
  – разработать и апробировать комплекс программ для исследования и отработки технологии устойчивого малоэмиссионного горения с закруткой реагирующей струи, включающий в себя выбор геометрической модели, наложение сетки удовлетворяющего качества за счет алгоритма оптимизации, задание граничных условий и позволяющий моделировать тепловые и газодинамические процессы с учетом химической кинетики в камере сгорания.
  – на основе комплексных исследований с использованием разработок по пп. 1-3 разработать и обосновать эффективные технические решения по малоэмиссионному горению путем моделирования процессов сгорания топлива в камере сгорания с закруткой топливно-воздушной смеси.
  Для решения поставленных задач были использованы современные методы исследований, базирующиеся на основных положениях гидрогазодинамики, пограничный слой, теория тепломассообмена, математическое моделирование, системный анализ, теория дифференциальных уравнений, численный и асимптотический методы.
  Научная новизна работы.
  1. Разработан метод математического моделирования в сопряженной по-становке процессов газовой динамики и тепломассопереноса, отличающийся в применении уточненного значения турбулентного числа Прандтля Prт, и позволяющий учитывать влияние турбулентности и скоростей химических реакций в закрученных реагирующих потоках, что дает возможность достоверно оценить эффективность малоэмиссионного горения.
  2. Модифицирован метод конечных элементов применительно к числен-ному интегрированию системы дифференциальных уравнений энергии, движе-ния и неразрывности турбулентного реагирующего потока путем рационального выбора в качестве начального приближения из аналитического решения задач тепломассопереноса для закрученных потоков (слабозакрученная струя и струя с конечной закруткой), что обеспечило сокращение машинного времени для получения решения с заданной точностью в 1,3 раза.
  3. На основе результатов вычислительных экспериментов, проведенных с использованием созданного комплекса программ, выявлены закономерности и условия малоэмиссионного процесса горения при комбинации топлив и разработаны эффективные технические решения для комбинированного сжигания топлива в камере сгорания с закруткой топливно-воздушной смеси (патент № 20201271662), что дает возможность снизить эмиссию вредных веществ в атмосферу.
  Теоретическая и практическая значимость работы.
  Теоретическая значимость результатов работы заключается в разработке метода моделирования, численных методов, алгоритмов и программ, составляющих основу компьютерных исследований по отработке конструктивных решений системы дифференциальных уравнений тепломассопереноса в закрученных струях с учетом влияния турбулентности и химической кинетики, что дает возможности повысить точность расчетов и сократить затраты времени расчета процесса горения закрученного потока.
  Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что применение разработанного проблемно-ориентированного комплекса программ для исследования тепловых и газодинамических процессов в камере сгорания с закруткой топливной смеси позволяет повысить эффективность малоэмиссионного горения и уменьшить эмиссию вредных веществ в атмосферу.
  Результаты работы использованы при создании двух программных продуктов: Автоматизированная подготовка модели и исходных данных для исследования тепловых и газодинамических процессов в камере сгорания с закруткой топливной смеси в комплексе программ ANSYS (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2021619052), Программный комплекс для исследования стационарных газодинамических и тепловых процессов в камере сгорания с автоматизированной подготовкой геометрических и граничных условий модели (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2021615282). Разработанный комплекс программ и методические рекомендации по исследованию тепловых и газодинамических процессов в камере сгорания с закруткой топливной смеси используются в учебном процессе в Ульяновском государственном техническом университете, а также в филиале «Ульяновский» ПАО «Т Плюс» для исследования возможностей использования низкосортного топлива в энергетическом оборудовании.
chairman_dissertation_council.name: Игорь
chairman_dissertation_council.surname: Сальников
chairman_dissertation_council.patronymic: Иванович
chairman_dissertation_council.position: Профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: S-6627-2016
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 57192203129
chairman_dissertation_council.rinc_id: 428445
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Дмитрий
organization_supervisor.surname: Пащенко
organization_supervisor.patronymic: Владимирович
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 44.31.03
rubrics.name: Теоретические основы теплотехники
rubrics.code: 44.31.35
rubrics.name: Промышленная теплоэнергетика и теплотехника
rubrics.code: 29.03.77
rubrics.name: Моделирование физических явлений
oecds.code: 02.03.IU
oecds.name: ENGINEERING, MECHANICAL
oecds.code: 01.01.PN
oecds.name: MATHEMATICS, APPLIED
speciality_codes.name: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
speciality_codes.code: 05.13.18
supervisors.fio: Ковальногов В.Н.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Технология машиностроения
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Шеремет М.А.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Механика жидкости, газа и плазмы
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Цынаева А.А.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, ПЕНЗГТУ, ФГБОУ ВО "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1045802502690
protection_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: ПАЩЕНКО
protection_organization.supervisor_patronymic: ВЛАДИМИРОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, ПЕНЗГТУ, ФГБОУ ВО "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1045802502690
author_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ПАЩЕНКО
author_organization.supervisor_patronymic: ВЛАДИМИРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения