И.В. Деревич, А.Ю. Фокина
температуре 1 500. . . 1 600 K. Углерод находится в испаренном состо-
янии в виде отдельных молекул. Катастрофической ситуацией являет-
ся образование сажи в результате поликонденсации молекул углерода
в объеме газа или на поверхности горелочного устройства. Процесс
образования сажи происходит за короткое время порядка 10 мс [1].
Если температуру продуктов понизить до 1 000 K, процесс образова-
ния сажи существенно замедлится и можно вывести синтез-газ из го-
релочного устройства без образования сажевых отложений.
Цель работы — создание математической модели быстрой закалки
синтез-газа после горелочного устройства. Для охлаждения использу-
ется отвод теплоты на испарение разбрызгиваемых из форсунки мик-
рокапель и конвективное охлаждение синтез-газа за счет контакта тур-
булентного потока с интенсивно охлаждаемой поверхностью, распо-
ложенной внутри камеры после форсунки. Схема камеры охлаждения
показана на рис. 1. После горелочного устройства, в котором природ-
ный газ конвертируется в смесь оксида углерода и водорода, распо-
лагается система форсунок для капельного орошения газовой смеси.
Для усиления теплообмена синтез-газа с омываемыми поверхностями
внутри цилиндрической камеры расположен медный стержень, пок-
рытый золотой пленкой (золотой палец). Проект охлаждения камеры
называется Gold Finger. Изнутри этот стержень охлаждается потоком
воды.
Рис. 1.
Схема камеры охлаждения и система цилиндрических координат
Математическая модель создана на основе уравнений баланса мас-
сы, импульса и энергии двухфазной среды с учетом фазовых перехо-
дов, изменения состава газовой фазы и размера капель за счет ис-
парения. В связи с важностью технического применения капельно-
го охлаждения в мире выполнен большой объем экспериментальных
и теоретических работ [2–9]. Однако при записи уравнений баланса
импульса энергии и массы в некоторых работах имеются погрешно-
сти [10]. Уравнения в работе [2] представлены без вывода, что не дает
возможности выявить физическую интерпретацию отдельных членов
в уравнениях баланса.
2
