Математичне моделювання газодинамічних характеристик закрученого потоку в печі для твердих побутових відходів

UKR: У роботі розроблено математичну модель руху газів у обертовій печі із завихрювачем на вході для спалювання твердих побутових відходів. Розв'язок рівнянь математичної моделі отримано чисельним методом з використанням алгоритму SIMPLE. В результаті отримані профілі осьової, радіальної та обертальної швидкості газу. Показано, що закручування потоку на вході суттєво впливає на профіль осьової, радіальної та обертальної швидкостей на початковій ділянці печі в зоні догоряння. Визначено зони мінімуму і максимуму швидкостей газу та ділянки її стабілізації.

ENG: The study addresses the problem of enhancing the efficiency of municipal solid waste (MSW) incineration through the development of a mathematical model of gas movement in a rotary kiln equipped with an inlet swirler. The research is relevant due to the growing global shift from landfilling to thermal waste utilization and the necessity of improving combustion stability and emission reduction in Waste-to-Energy (WtE) systems. The purpose of the work is to construct and solve a mathematical model describing the gas-flow field in a rotary drum kiln with initial swirl conditions and to determine the influence of flow rotation on gas-dynamic characteristics in the afterburning zone. The system of motion and continuity equations was expressed in cylindrical coordinates and solved numerically by the SIMPLE algorithm. The obtained velocity profiles show significant transformation of the axial, radial, and tangential components under swirl action. The axial velocity increases along the kiln axis and stabilizes after a certain length, while radial velocity diminishes, indicating the formation of a quasi-steady core region. The tangential velocity is maximal near the inlet and gradually decays along the kiln length, confirming effective energy dissipation of the rotating flow. The results reveal that flow swirl substantially affects mixing, residence time, and uniformity of temperature distribution in the combustion chamber, thereby promoting more complete waste burnout and lowering pollutant formation. The developed model can be used for design optimization of new rotary kilns and reactors for MSW treatment and for predicting operational parameters under varying thermal loads. Future research will involve coupling the current hydrodynamic model with chemical-reaction kinetics and heat-transfer processes to achieve a comprehensive digital twin of the waste incineration system.