ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ГАЗОГИДРАТА МЕТАНА В ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ

М. В. Столповский, А. С. Чиглинцева, М. Р. Давлетшина

Аннотация


Введение Гидраты природного газа представляют большой научный и практический интерес. Это обусловлено тем, что газовые гидраты представляют собой естественные резервуары, аккумулирующие в себе большие объемы газа (метана) и воды. Интерес к изучению горения гидратов обусловлен различными факторами: повышенным термическим коэффициентом полезного действия для применения в энергетике, большей стабильностью гидрата и возможностью сжигания на месте. Цели и задачи Исследовать процесс горения гидрата метана в замкнутом объеме. Методы Математическое моделирование. Результаты Рассмотрен случай, когда газовая область, окружающая гидрат, разделена на две области. При этом ближняя область, примыкающая к гидрату, содержит горючее (метан) и окислитель для инициирования процесса горения; в дальней области горючее отсутствует. Представленная система основных уравнений включает в себя уравнения импульсов, сохранения масс для всей газовой смеси, а также для каждого ее компонента; уравнения притока тепла (для газогидрата и газовой смеси). Кроме того, представленная система уравнений дополнена условиями баланса масс и тепла на границе разложения газогидрата, а также начальными условиями и условиями на границах замкнутого объема. Решение представленной системы осуществлено методом крупных частиц. На основе численных решений установлено, что при низких значениях коэффициентов переноса наблюдается устойчивое горение и максимальная температура газа поддерживается приблизительно постоянной на уровне 900 К. При высоких значениях коэффициентов переноса быстрота разложения гидрата увеличивается. Вследствие этого интенсивность горения метана увеличивается, что приводит к быстрому израсходованию кислорода и, как следствие, прекращению процесса горения. Установлено, что с увеличением исходной концентрации кислорода время горения, как и максимальное давление в объеме увеличиваются.

Ключевые слова


газогидрат;газовая смесь;фазовый переход;массовая концентрация;gas hydrate;gas mixture;phase transition;mass concentration;

Полный текст:

PDF

Литература


Cranganu C. In-Situ Thermal Stimulation Of Gas Hydrates // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2009. Vol. 65. Issue 1-2. P. 76-80. DOI: 10.1016/j.petrol.2008.12.028.

Nakroyakov V.E, Misyura S.Y., Elistratov S.L., Manakov A.Y., Sizikov A.A. Methane Combustion in Hydrate Systems: Water-Methane and Water-Methane- Isopropanol // Journal of Engineering Thermophysics. 2013. Vol. 22. No. 3. P. 169-173. DOI: 10.1134/S1810232813030016.

Roshandell M., Santacana-Vall J., Karnani S., Botimer J., Taborek P., Dunn-Rankin D. Burning Ice-Direct Combustion of Methane Clathrates // Combustion Science and Technology. 2016. Vol. 188. No. 11-12. P. 2137-2148. DOI: 10.1080/00102202.2016. 1211874.

Kitamura Y., Nakajo K., Ueda T. Numerical Calculation of a Diffusion Flame Formed in the Laminar Boundary Layer over Methane-Hydrate // Gas Hydrate: Materials of the 4-th International Conference. Yokohama, Japan. 2002. Vol. 4. P. 1055-1058.

Maruyama Y., Fuse M.J., Yokomori T., Ohmura R., Watanabe Sh., Iwasaki T., Iwabuchi W., Ueda T. Experimental Investigation of Flame Spreading over Pure Methane Hydrate in a Laminar Boundary Layer // Proceedings of the Combustion Institute. 2013. Vol. 34. Issue 2. P. 2131-2138. DOI: 10.1016/j.proci.2012.06.179.

Nakamura Y., Katsuki R., Yokomori T., Ohmura R., Takahashi M., Iwasaki T., Uchida K., Ueda T. Combustion Characteristics of Methane Hydrate in a Laminar Boundary Layer // Energy Fuels. 2009. Vol. 23. P. 1445-1449. DOI: 10.1021/ef800814f.

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред: В 2 Ч. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с.

Magnussen B.F., Hjertager B.H. On Mathematical Modelling of Turbulentcombustion with Special Emphasis on Soot Formation and Combustion // Symposium (International) on Combustion. 1977. Vol. 16. Issue 1. P. 719-729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4.

Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. La Cañada Flintridge: DCW Industries, 1998. 540 p.

Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: Наука, 1982. 392 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ntj-oil-2020-6-106-115

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2020 М. В. Столповский, А. С. Чиглинцева, М. Р. Давлетшина

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.