Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время интенсификация процессов горения органического топлива, с целью обеспечить полноту сжигания, сопряжена с определенными трудностями, т.к. достигается за счет улучшения качества топлива и других дорогостоящих мероприятий. При этом реализация большого количества химико-технологических процессов требует использования теплоносителя, обладающего высокими теплотехническими показателями без вредных примесей продуктов горения.
Перспективным способом организации процесса горения является использование реакционных аппаратов, в которых горение осуществляется в пульсирующем режиме. Такими устройствами являются камеры пульсирующего горения (КПГ), в которых ярко выраженная периодичность изменения основных параметров процесса способствует интенсификации тепломассообмена, что ведет к снижению расхода топлива и уменьшению вредных выбросов. Кроме того, камеры пульсирующего горения отличаются простотой конструкции и эксплуатации, малыми габаритами, широкой гаммой используемых топлив.
Наряду с интенсификацией собственно процесса горения, использование камер пульсирующего горения позволяет усовершенствовать процессы химической технологии, такие как нагрев, испарение и сушка, за счет воздействия нестащіонарного (пульсирующего) газового потока, интенсивных акустических колебаний и вибрационных явлений, характерных для работы данных устройств. Интенсифицирующее действие этих факторов достаточно хорошо известно.
Несомненным достоинством камер пульсирующего горения по сравнению с системами стационарного горения является автоколебательный режим работы, следствием которого является способность полностью снабжать себя воздухом для горения. При организации пульсирующего горения используются два типа аппаратов: с механическими и аэродинамическими клапанами. Механические клапаны подвержены быстрому разрушению в зоне действия продуктов сгорания высокой температуры. Этого недостатка лишены аппараты с аэродинамическим клапаном.
Однако основным фактором, сдерживающим широкое применение камер пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном в промышленности, является недостаточная изученность закономерностей газодинамических процессов и их связей с процессом горения, а также отсутствие надежных методов проектирования.
Работа выполнялась в соответствии с единым заказ-нарядом Министерства образования РФ (шифр П.Т. 405) и включена в Государственную программу «Ресурсосберегающие технологии автомобильного и тракторного машиностроения» на 1993 - 1999 гг.
Цель работы. Целью работы являются разработка математических моделей кинетики газодинамических и тепловых процессов в камерах пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном с учетом состава и свойств газа в рабочих объемах камеры; исследование механизма автоколебаний в КПГ на основе кинематических закономерностей движения газов; разработ-
ка методов экспериментальных измерений пульсирующих потоков для проверки расчетных моделей; уточнение инженерной методики расчета КЛГ с аэродинамическим клапаном на заданную тепловую мощность.
Научная новизна. Предложены математические модели газодинамических и тепловых процессов в камере пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном, учитывающие соотношение расходов воздуха и топлива, позволяющие определить свойства и состав продуктов сгорания. Получены расчетные уравнения для определения частоты колебаний в камере пульсирующего горения с учетом аэродинамического клапана, его геометрических размеров и свойств газа в элементах аппарата. Разработан метод расчета кинетики газодинамических и тепловых процессов в камере пульсирующего горения в зависимости от коэффициента избытка воздуха, регулируемого аэродинамическим клапаном.
Практическая ценность. На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложен уточненный инженерный метод расчета камер пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном на заданную тепловую мощность. Разработан метод экспериментальных измерений параметров пульсирующих потоков.
По предложенной методике расчета камер пульсирующего горения спроектирован аппарат для получения аэрозолей и передан в КБХА («Конструкторское бюро химавтоматика», г. Воронеж) для практической реализации.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на III, Г/, V научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 1996, 1999 и 2000 гг.), на региональной конференции «Экология-98: Инженерное и информационное обеспечение экологической безопасности Тамбовской области» (Тамбов, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 156 страницах, содержит 35 рисунков, 9 таблиц и 2 приложения.