Новые принципы создания тепловых генераторов на основе методов импульсного сжигания углеводородов непосредственно в водном теплоносителе

Показана принципиальная возможность сжигания углеводородных топлив непосредственно в водном теплоносителе. Представлены первые экспериментальные результаты на примере импульсного сжигания ацетилена в воде и в ударной трубке с инжекцией горячих продуктов сгорания в воду. Показана возможность перехода на новые принципы работы тепловых генераторов.

Постановка №1: Опыты были проведены со стехиометрической смесью ацетилена с кислородом (C2H2 + 2,5 -O2). Газовая смесь выдувалась в воду с проводимостью ~ 1 Ом-1м-1 через трубку-электрод с внешним диаметром 2,1 мм и внутренним диаметром 1,5 мм. При размере пузырька на электрод подавалось напряжение 350-500 Bольт. Для отсечения рас­пространения пламени в систему газопровода в трубке устанавливался огнепреградитель.

Постановка №2: Осуществлялось гидродинамическое моделирование импульсного выброса горячих продуктов сгорания ацетилена в воду. Импульсное сжигание смеси ацетилена с кислородом осуществлялось в ударной трубе многофункционального импульсного детонационного аппарата CCDS-2000, разработанного в ИГиЛ СО РАН.

Результаты экспериментов. Типичная картина гидродинамического процесса одного цикла зажигания и сгорания газа в пузырьке. В данной постановке экспериментов электрический пробой в газе происходил внутри пузырька между трубкой-электродом и электролитом, что приводило к зажиганию газовой смеси в пузырьке.

Пузырек расширяется за время 0,3 мс и затем начинает схлопываться примерно до исходного размера, теряя симметричность. Схлопывание и последующее движение сопровождается образованием вихревого торообразного пузырькового кластера. Скорость отрыва первого пузырькового кластера от электрода 10-15м/сек. В процессе движения торообразного пузырькового кластера происходит его дробление до размеров 0,1-0,3 мм. Из кинограмм следует, что в момент коллапса первого пузырька со сгоревшим газом образуется второй пузырек от электрического разряда, который соответствует началу следующего цикла.

Анализ результатов. Для постановки экспериментов №1 был выполнен приближенный расчет времени сгорания газа в пузырьке. При эффективном показателе адиабаты 1,1 исходный диаметр пузырька увеличивается до 3,9, в то время как в экспериментах до 3. Различие связано с теплоотдачей воде в процессе расширения, а также с уходом части сгоревшего газа в подводящую трубку. Если бы пузырек не разрушался, то он бы остывал за время ~ 10-2 сек. В нашем случае раздробленные пузырьки отдают тепло за время < 10-4 сек. При относительных скоростях ~10 м/с число Вебера ~ 103, что на два порядка превышает его критическое значение. При этом пузырь разрушается с диспергированием на более мелкие пузырьки со средним размером ~ 0,3 мм. Именно дробление исходных пузырьков в нашей постановке приводит к резкому ускорению теплопередачи. Одновременное зажигание газа в пузырьках может обеспечиваться в режиме электрогидродинамической самосинхронизации пробоев в них. При этом верхний предел мощности генератора будет лимитироваться только частотой подачи топлива в воду. Например, если частота сжигания рассматриваемых пузырьков 1 кГц и на площади 1м2 установлено 25600 трубок-электродов, то средняя удельная мощность такого генератора составит ~25 МВт/м2. В этом случае вся тепловая энергия остается в воде. Отметим, что эта оценка имеет частное значе­ние, относящееся к представленным экспериментам. Конструктивно возможны более мощные и компактные устройства с импульсным сжиганием топлив в водном теплоносителе.

В качестве такого мощного эксприментального устройства можно рассматривать уже существующий импульсный газо-детонационный аппарат CCDS-2000, с помощью которого были выполнены предварительные эксперименты в постановке №2. Из этих экспериментов следует, что метаемый в воду горячий газовый пузырь со скоростью 20 м/c эффективно разрушается, что обеспечивает высокоэффективную теплопередачу от дробящихся пузырьков в воду.

Вывод. Экспериментально показана принципиальная возможность импульсного сжигания углеводородных топлив непосредственно в водном теплоносителе для создания тепловых генераторов нового типа.

Дата публикации: 14.03.2012

Похожие записи:

• Котел-утилизатор твердых бытовых отходов с рециркуляцией дымовых газов как способа сокращения вредных выбросов
• Электроснабжение летней дойки от микрогэс
• Моделирование установившихся режимов в сетях с импульсными преобразователями
• Особенности передачи технологическом информации по силовым высоковольтным линиям
• Диагностика электроэнергетического оборудования с помощью анализа регистрируемого электромагнитного излучения
• О влиянии солнечных бурь на надежность энергосистем