Підвищення ефективності суднових енергетичних установок використанням аераційних плазмохімічних пристроїв - Автореферат

Заснований на принципах аерації горючих сумішей і плазмохімічній інтенсифікації горіння, він дозволяє не тільки здійснити прямий вплив на коефіцієнт повноти згоряння палива, але й побічно отримати при цьому відчутне підвищення ефективності термодинамічних циклів СЕУ в цілому. Матеріали, подані в дисертаційній роботі, є складовою частиною комплексних досліджень по створенню вперше у світовій практиці суднового енергомашинобудування систем плазмохімічної інтенсифікації горіння, проведених на кафедрі турбін та у відділі підготовки та спалювання палив УДМТУ (МКІ). Дисертаційна робота виконувалася у відповідності з наступними координаційними планами і програмами: загальноакадемічною програмою фундаментальних досліджень із проблем транспорту на 1989-2000 рр. (шифр 4.3.8); державною науково-технічною програмою “Ресурсозбереження” на 1992-1994 рр. (шифр 5.1.1); науково-технічною програмою Держкомітету України з питань науки i технологій на 1993-1996 рр., переліком Міністерства освіти i науки України “Основні напрямки фундаментальних досліджень на 1999-2001 рр.” (напрямок 4 “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”). Ціллю роботи є комплексне поліпшення економічних, екологічних і експлуатаційних характеристик суднових газотурбінних двигунів (ГТД) і котлів застосуванням аераційних плазмохімічних пристроїв (ПХП), що забезпечують більш ефективне спалювання палив на режимах запуску і малих навантажень. Досягнення зазначеної цілі обумовило необхідність розвязування наступних задач: аналізу схемних рішень застосування плазмохімічних пристроїв у суднових камерах згоряння і топках; вибору ефективних способів організації периферійного підведення плазми в плазмохімічних пристроях; виконання теоретичної оцінки впливу геометричних і режимних параметрів на ефективність роботи ПХП нових схем; створення пальникових пристроїв і модельних камер згоряння для експериментальних досліджень ПХП; виробітки рекомендацій по вибору параметрів і проектуванню ПХП нових схем; впровадження результатів проведених досліджень.Показано, що основні проблеми спалювання палив у суднових газотурбінних і котельних установках, генераторах інертних середовищ і інсинераторах мають подібний характер і для їх кардинального розвязання необхідні нові підходи до організації робочих процесів. Встановлено, що в сучасних розробках домінуючим є аераційний принцип організації горіння палива в потоці, що дозволяє не тільки збільшити коефіцієнт надлишку повітря локально в прифронтовій зоні, але і підвищити якість сумішоутворення в цілому. Вихідні рівняння, усереднені методами Рейнольдса за спеціальною процедурою у версії Сполдінга-Патанкара, перетворені в систему диференціальних рівнянь у часткових похідних, які описують суцільне середовище для середніх величин і їх пульсацій, і з метою зручності числового розвязання приведені до однакового канонічного вигляду і записані в звичайних для осесиметричних течій циліндричних координатах z і r: (1) де j - будь-яка з залежних змінних, у якості яких можуть бути прийняті напруженість вихору w, функція току y, тангенціальна складової швидкості , коефіцієнт суміші f, масова частка палива ; коефіцієнти , , , - джерельні члени, які моделюють фізичні та хімічні процеси. У поданому варіанті схема відповідає пристрою з периферійним підведенням плазми, а при - з осьовим підведенням. З розглянутих плазмових пристроїв, потенційно придатних для реалізації в СЕУ процесів реагування палива з периферійним супутним потоком плазми: тангенціальних плазмових реакторів, плазмових генераторів тороідального і коаксіального типів, - останні мають найбільшу ефективність.У дисертації подане нове рішення задачі підвищення ефективності спалювання палив на режимах запуску і малих навантажень суднових газотурбінних двигунів і котлів застосуванням у їх камерах згоряння і топках аераційних плазмохімічних пристроїв, які внаслідок багатофакторного прямого і побічного впливу на робочий процес забезпечують комплексне поліпшення економічних, екологічних і експлуатаційних характеристик СЕУ. Обгрунтовано застосування в СЕУ принципово нових способів організації плазмохімічного горіння палива, для здійснення яких запропоновано використовувати плазмохімічні пристрої аксіального типу з периферійним підведенням палива й осьовим підведення плазми, що генерується в криволінійному електродуговому каналі, і коаксіального типу з периферійним підведенням плазми й осьовим підведення палива. Аераційні плазмохімічні пристрої в суднових газотурбінних камерах згоряння підвищують на 3-18 % коефіцієнт повноти згоряння палива, зменшують у 1,2-3,3 рази коефіцієнт нерівномірності поля температур, у 1,6-1,8 рази непрозорість і в 1,1-1,5 рази загальну токсичність продуктів згоряння в залежності від режимних параметрів. У суднових котельних топках вони збільшують коефіцієнт повноти згоряння палива на режимах часткових навантажень на 0,5-17,9 %, розширюють діапазон регулювання топки котла по витраті палива в 1,2-1,7 рази. Очікувана сумарна економія палива при типових с

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ