Pārskata periodā strādāts 4. aktivitātes tematikas ietvaros.
4.2. aktivitātes ietvaros turpināts pētīt modeļus, kas apraksta biomasas granulu un gāzveida kurināmā sadegšanu elektrodinamiskās kontroles apstākļos. Rezultātus plānots prezentēt 2020. gada starptautiskajā zinātniskajā konferencē “Engineering for Rural development”.
4.3. aktivitātes ietvaros turpināta projekta ietvaros izstrādāto matemātisko modeļu dokumentācija. Sniegsim īsu kopsavilkumu par dažiem matemātiskās modelēšanas rezultātiem.
1. Dažāda veida kurināmā degšanas procesu modelēšanā, mainot difūzijas un siltuma vadīšanas koeficientus matemātiskajā modelī, atkarībā no pievadītā elektriskā lauka lieluma un pievadīto elektrodu izvietojuma mainās liesmas raksturs, aksiāla ātruma komponente un temperatūra (līdzīgi rezultāti iegūti arī fizikālā eksperimentā).
Samazinot siltuma vadīšanas koeficientu 10 reizes, palielinās aksiālais plūsmas ātrums, liesmas temperatūra un fiksētās ķīmiskās reakcijas ātrums (aptuveni 1,5 reizes). Samazinot difūzijas koeficientu 10 reizes, šie paši lielumi atbilstoši proporcionāli samazinās. Palielinot strāvas pievadītā centrālā elektroda garumu, palielinās aksiālais plūsmas ātrums, samazinās reakcijas ātrums, bet maksimālā temperatūra nemainās. Palielinot elektriskās strāvas stiprumu, mainās liesmas garums, un radiālā ātruma komponente caurules ieejā maina zīmi, kļūstot negatīva.
2. Pētot difūzijas-reakcijas vienādojumu ar iebūvētām Matlab programmām „ pdepe“,“bvp4c“, degšanas procesu 1 un 2 reakciju gadījumā atkarībā no gāzveida savienojumu blīvuma, aksiālā ātruma lieluma, degvielas daudzuma reakcijas sākumā un ķīmisko reakciju ilgumiem, iegūti dažādi temperatūras sadalījumi caurulē.
Salīdzinot degšanas temperatūras T pie dažādiem blīvuma ρ modeļiem (ρ=1/T – tuvinājums mazu Maha skaitļu gadījumam, vai ρ=1 - nesaspiežamas gāzes tuvinājumam), iegūta aptuveni 2 reizes lielāka temperatūra, ja ρ=1. Palielinot aksialo ātrumu w, caurules izejā ātrāk nostabilizējas maksimālā temperatūra, kura sākumā ir pie ieejas, t.i., liesma izplatās pa visu cauruli. Degšanas process ir atkarīgs no sākotnējā laikā t=0 gaisa-skābekļa maisījuma koncentrācijas C caurulē, ko regulē ar parametru α (C= exp (-α z), α ‹ [0,6], z- aksiāla koordināte). Samazinot α līdz 0, liesma ātri izplatās visā caurulē. Palielinot reakcijas laiku, neatkarīgi no aksiālā ātruma w (arī pie w=0), iespējams iegūt liesmu visā caurulē ar maksimālo temperatūru. Stacionārā 1-D gadījumā iegūts, ka, palielinot w, maksimālā temperatūra palielinās, ja Lūisa skaitlis ir lielāks par 1 (Le>1), samazinās, ja Le<1 un nav atkarīga no w, ja Le=1.
3. Balstoties uz eksperimentālo pētījumu rezultātiem, ir veikta arī salmu un dažādu maisījumu (kūdras, koksnes un ogles) granulu matemātiskā modelēšana, izvērtējot gaistošo savienojumu koncentrāciju izmaiņu ietekmi uz degšanas procesa raksturojošo parametru (ātruma, temperatūras, sastāva) veidošanos. Modelējot 2 reakcijas H2 +OH → H2O +H, CO+OH →CO2 +H ar uzdotiem no eksperimenta CO un H2 koncentrācijas sadalījumiem kurtuves pamatā, atkarībā no salmu sastāva maisījumos, iegūti dažādi aksiālā ātruma, temperatūras sadalījumi degšanas zonā. Maksimālā temperatūra, ātrums un produkts CO2 iegūts pie salmu koncentrācijas 10-20 % maisījumā, kas atbilst eksperimentam. Turpinot palielināt salmu koncentrāciju maisījumā un pievadītās elektriskās strāvas stiprumu I > 1mA, vidējā temperatūra un galīgais produkts samazinās.
4. Modelējot vairākas eksotermiskas reakcijas , kas saistītas ar propāna, skābekļa, ogļskābās gāzes un ūdeņraža klātbūtni degšanas kameras pamatā, dedzinot salmu briketes ar gāzi, tika pētīta gāzveida savienojumu dinamika un izdalītā siltuma enerģija. Piemēram, dedzinot propānu ar skābekli, maksimālā temperatūra, aksiālais ātrums un oglekļa dioksīds iegūts ar masas attiecību 20:80 propānam pret skābekli.
Līdzīga situācija ir ( šī attiecība nepārsniedz 30:70), ja propāns, reaģējot ar skābekli, veido ūdeņradi un ogļskābo gāzi, kuri savukārt reaģē ar skābekli (3 reakcijas). Uzdodot CO un H2 no eksperimenta atkarībā no propāna injekcijām degšanas pamatā, un dedzinot ar skābekli (2 reakcijas), arī iegūts efekts pie fiksēta propāna padeves daudzuma.
5. Sarežģītības dēļ procesi, kas attīstās salmu degšanas laikā ar propānu, eksperimentālo pētījumu un matemātiskās modelēšanas rezultātu salīdzinājums ir diezgan kvalitatīvs, taču tas joprojām jāuzskata par produktīvu partneru sadarbību. Veiktā matemātiskās modelēšanas rezultāti parādīja, ka saskaņā ar eksperimentālā pētījuma datiem galvenos liesmas īpašības (plūsmas ātrumu, liesmas temperatūru un izstrādāto produktu sastāvu) ietekmē tas, ka mainās propāna padeve ierīcē, kas ir atbildīga par pastiprinātu salmu termisko sadalīšanās, viegli uzliesmojošu gaistošu vielu veidošanās, aizdegšanās un izdegšana (CO, H2). Salmu un propāna sadegšanas procesā 1D un 2D modelēšanas rezultāti parādīja, ka produktu molārās frakcijas maksimālā vērtība un liesmas temperatūra ir sasniedzami relatīvi nelielā laika posmā (t = 10s) ar propāna masas daļu 0,2–0,25 pie ieejas. Eksperimentos ar salmu degšanu ar propānu, kas attīstījās pie gaisa ievada liesmas reakcijas zonā ilga līdz 2400s, propāna padeve ierīcē izraisa produktu un gaistošo savienojumu molārās daļas samazināšanos līdz minimālajai vērtībai ar korelējošo temperatūras paaugstināšanos un CO2 tilpuma daļu produktos līdz maksimālajām vērtībām, kuras gaisa pārvades apstākļos tika novērotas pie lielākas propāna padeves ierīcē - 0,5 l / min. Atšķirības līknes gājienā, mūsuprāt, galvenokārt nosaka reakcijas zonas garuma atšķirības eksperimentā un samazināts reakcijas zonas garums, ko izmanto matemātiskajā modelēšanā, dedzinot salmus.
Informācija ievietota 30.12.2019.