Дослідження впливу зовнішнього охолодження на ефективність роботи сопла Лаваля

Анотація

Робота присвячена актуальній проблемі мінімізації викидів димових газів під час технологічних операцій у різних галузях промисловості. Особливу увагу приділено підвищенню енергоефективності охолодження та очищення газів, що є критичним етапом для подальшої рекуперації тепла і конденсації шкідливих компонентів. Більшість традиційних методів охолодження гарячого потоку газів потребують значних енергетичних витрат, складні в обслуговуванні, при цьому існує ризик корозії обладнання та обмежена ефективність при змінних параметрах потоку. Як альтернативний та енергоощадний підхід використовується сопло Лаваля, що забезпечує адіабатне охолодження газового потоку за рахунок перетворення внутрішньої енергії в кінетичну при досягненні надзвукових швидкостей. Надалі це дозволяє здійснити ефективне охолодження газів без додаткових холодильних систем, а також створює умови для часткової конденсації вологи. Метою дослідження є вивчення впливу зовнішнього охолодження на ефективність роботи сопла Лаваля. Для цього було розроблено та проаналізовано за допомогою імітаційного моделювання (CFD) дві моделі (одна ‒ без охолодження, друга ‒ з використанням «сорочки охолодження»). До обох моделей були застосовані одинакові вхідні параметри. Як охолоджувальну рідину використано воду. Застосування охолодження сопла Лаваля знижує температуру газу з 78⁰С до 67⁰С. У процесі охолодження число Маха зменшується з максимального значення 3,2 до 2,9.  Результати підтверджують, що зовнішнє охолодження значно підвищує ефективність теплообміну та розширює зону глибокого охолодження в соплі Лаваля. Надалі доцільно оптимізувати конструкцію та розташування охолоджувальної сорочки для досягнення ще вищих показників роботи сопла. Дослідження демонструє приклад практичного застосування CFD-аналізу як інструменту інженерного проєктування та верифікації технічних рішень, що робить його цінним у контексті сучасних тенденцій цифрового моделювання та енергозбереження.