Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып

 
Значения, используемых множителей в уравнении Аррениуса 
Уравнение реакции 
k
0
 
E
a
 n 
CH
4
+ 2O
2
= CO
2
+ 2H
2
O 
6.59E+11 
2.38E+05 
3 
В случае, где уместно использовать модифицированное уравнение Аррениуса вида: 
𝑘
𝑘
,
∙ 𝑒
, (6) 
здесь x – параметр, вводимый в качестве поправки на температуру. Тогда с учетом модифици-
рованного уравнения Аррениуса можно записать: 
𝐴
∙
,
∙
. 
(7) 
С использованием полученных уравнений проведено моделирование горения метана в 
воздушном потоке смеси с учетом химической кинетики (рис. 10). Полученные результаты 
свидетельствуют о высокой скорости протекания реакций (при наличии необходимых условий) 
с образованием продуктов сгорания. Время протекания реакций в несколько раз превосходит 
время нахождения реагентов в горелке. 
Рис. 10. Изменение концентраций реагирующих веществ 
Приведенные результаты исследования процесса горения метановоздушной смеси
в горелке показывают, что в условиях высокотемпературной рабочей зоны, при требуемом
значении массы воздуха, химическая кинетика на рабочий процесс практически не
влияет. 
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
0,00000
0,00002
0,00004
0,00006
0,00008
Массов
ая 
до
ля
Время, с
CH4
CO2
H2O

---

Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, … 
 
361
В проведенном исследовании рассмотрен подход к применению CFD-моделирования 
для процесса горения топливной смеси в воздушном потоке с помощью программного ком-
плекса ANSYS Fluent. Решенная задача верифицирована путем сравнения экспериментальных 
данных с результатами численного моделирования процесса горения метана в атмосферном 
воздухе в осесимметричной цилиндрической горелке. 
Предложена математическая модель химических реакций горения отдельных компо-
нентов смести с учетом их химической кинетики в зависимости от температуры и их концен-
трации. Результаты, полученные с помощью нее, показывают высокую скорость протекания 
реакций, при этом время их протекания в несколько раз превосходит время нахождения реаген-
тов в горелке, что позволяет сделать вывод об отсутствии влияния химической кинетики на ра-
бочий процесс, т.е. процесс горения в горелке определяется диффузионным смешением высо-
коскоростных струй с воздухом. 
Работа выполнена при поддержке гранта правительства Тульской области в сфере 
науки и техники (договор ДС/156 от 29.10.2020).