УДК 519.673
ТЕЧЕНИЕ НЕОДНОРОДНОГО ГАЗА В ПОДЗЕМНОМ ГАЗИФИКАТОРЕ
Кемеровский государственный университет
1.Газификация угля – производство горючего (технологического) газа при
неполном окислении органической массы угля, имеет давнюю историю с
периодами бурного развития и спадами. Для стабильного получения горючего газа под землей необходимо учитывать особенности как самого пласта топлива, так и вмещающих его пород. Подземная газификация угля осуществляется под действием высокой температуры (1000-2000 °С) и подаваемого под давлением дутья - различных окислителей (как правило, воздуха, О2 и водяного пара, реже-СО2).
Для подвода дутья и отвода газа газификацию проводят в скважинах, расположенных в определенном порядке и образующих так называемый подземный генератор (рис 1). В нем идут те же хим. реакции, что и в обычных газогенераторах. Однако условия подземной газификации специфичны. Вмещающие пласт топлива горные породы представляют собой своеобразные стенки реактора и одновременно материал, заполняющий выгазованное пространство. В газификации участвуют подземные воды, а также влага угля и горных пород. В отличие от наземной газификации, где топливо по мере расходования поступает в газогенератор, в случае подземной газификации при выгазовывании одного участка пласта топлива требуется переход к другому. Возникает необходимость параллельно с газификацией одних участков пласта подготавливать к газификации иные его участки.
 |
Ввиду сложности модели, разобьем её на несколько взаимосвязанных подсистем. В данной работе будет рассмотрен блок, связанный с моделированием движения совершенного газа внутри газификатора.
2. Движение неоднородного сжимаемого газа в подземном генераторе опишем следующей системой уравнений:
где 
-плотность жидкости, 
-температура. 
-скорости по осям X и Y соответственно.
- давление. 
-теплоёмкость газа, 
-универсальная газовая постоянная, 
- коэффициент динамической вязкости воздуха 
-коэффициент теплопроводности. 
- тепловые эффекты химических реакций.
3. На прямоугольной области 
введём сетку с шагами 
по оси 
и
по 
. Введём 
- шаг по времени, затем аппроксимируем системы соответствующими центральными разностями. Сохраняя порядок уравнений, будем считать системы, полученные из (1) и (3), методом немонотонной прогонки, полученную из (4) – методом «против потока». Предположим, что граница 
неподвижна, то есть изменения фронта горения не происходит.
4. При расчётах использовались следующие константы и начальные значения: 
. R=8,31451;
; Cp=1;
Расчёты проведены в прямоугольной области размерами 3x1, 
. (Рис. 2) Изображение получено при помощи программы Tecplot 360.
Рис.2 Результаты расчётов для
|
|
 |
5. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что рассматриваемая математическая модель, отображающая отдельные физические особенности процесса движения газа в подземном газификаторе, применима для решения задач подобного типа.
Литература
1.Газификация твердых топлив подземная. Химическая энциклопедия [Электронный ресурс ] www. xumuk. ru (дата обращения: 22.01.2010)
2.. Нетрадиционные термические технологии добычи трудноизвлекаемых топлив: уголь, углеводородное сырьё. - М.. - 2004. - 301 с.
3.. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики.- Новосибирск: Изд-во «Наука», 1967.- 197с.
Научный руководитель – д. ф-м. н., профессор
