Исследование и оптимизация аэродинамического клапана котла пульсирующего горения малой мощности

1 АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НА ОСНОВЕ
ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ
1.1 Принципиальные отличия энергоустановок на основе пульсирующего
горения от аналогичных теплотехнических установок стационарного
горения
1.2 Возможные конструкции АПГ и освоенные области их применения.
2 ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО КЛАПАНА КОТЛА
ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ
2.1 Состояние вопроса по расчету параметров рабочего процесса и
проектированию камер пульсирующего горения.
2.2 Выбор расчетной модели
2.3 Исследование аэродинамического клапана
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВ В КОТЛАХ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО
ГОРЕНИЯ
4 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ 60
4.1 Организация безопасности труда на производстве 60
4.2 Опасные и вредные производственные факторы, методы и
средства защиты 62
4.3 Обеспечение безопасной эксплуатации водогрейных котлов 64
4.4 Экологичность 66
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 69
5.1 Расчет капитальных вложений 69
5.2 Расчет годовых эксплуатационных расходов 71
5.3 Оценка эффективности капиталовложений 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы исследования. Теплотехника как наука о сжигании топлива и теплообмена интенсивно развивалась в течение более пяти веков и превратилась в набор твердо устоявшихся представлений и методов подхода к решению задач. Однако круг рассматриваемых явлений и процессов ока-зался в силу ряда причин искусственно сужен до категорий теплообмена при стационарном движении сред и стационарного (факельного) горения (исклю-чение составляет теория двигателей внутреннего сгорания). Почти совершен-но выпали из рассмотрения периодические колебательные и волновые про-цессы, сопровождающие горение и движение сред, участвующих в теплооб-мене.
Вместе с тем, часть исследователей (и не только теплотехников) на про-тяжении всего ХХ века вела исследования и разработки, оказавшиеся на стыке таких дисциплин как теплотехника, теория колебаний, химическая кинетика и акустика. Результатом такой деятельности явилось становление нового науч-ного и технического направления, получившего название - пульсирующее го-рение (ПГ). ПГ - периодический (колебательный) процесс химического взаи-модействия компонентов топлива (горючего и окислителя), характеризую-щийся тем, что амплитуда изменения интенсивности горения соизмерима (имеет тот же порядок величины) со средним значением интенсивности, а пе-риод колебаний амплитуды не превосходит время пребывания компонентов топлива и продуктов сгорания в объеме устройства, где этот процесс осу-ществляется.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НА ОСНОВЕ
ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ


Эффективность энергетических установок оценивается термодинами-ческими критериями. Для их определения используют метод циклов и метод термодинамических потенциалов. Метод циклов основан на законе Кирхгофа для замкнутых цепей, а метод потенциалов - на использовании термодина-мических потенциалов. Соответствующие термодинамические потенциалы обладают важным свойством: они однозначно определяют работу процесса, если известны условия его протекания. Это фундаментальное свойство по-тенциалов позволяет оценивать работоспособность потоков вещества и энер-гии в элементах системы и определять термодинамические параметры. Дру-гим важным показателем эффективности теплоэнергетической установки яв-ляется возможность наиболее полного использования потребителем тепло¬вой энергии, получаемой в ней. В большинстве случаев это определяется процес-сами теплообмена, происходящими в теплоиспользующем аппарате. Поэтому при оценке эффективности теплоэнергетических установок надо использовать системный подход и использовать эксергетический коэффици¬ент полезного действия (КПД), который можно записать в следующем виде
(1.1)
где ЕГ - полезная тепловая мощность генератора тепла (или его эксергия);
EQ - эксергия тепловой энергии используемая потребителем;
ЕТ - эксергия топлива.
или
(1.2)
где - эксергетический кпд генератора тепла;
- эксергетический кпд потребителя.
При термодинамическом анализе на основе метода циклов, широко ис-пользуется КПД отдельных элементов. Однако, оптимизация каждого элемен-та не приводит к оптимизации системы в целом. Теплоэнергетические уста-новки на основе пульсирующего горения, по существу, являются аппара¬тами, где происходит комплексное преобразование энергии топлива: выделе¬ние тепловой энергии топлива в ходе процесса горения и использование этой энергии для нагрева газообразного или жидкого теплоносителя. Для опреде-ления эксергетических КПД необходимо подробное описание процессов как внутри генератора тепловой энергии, так и в аппарате, где эта энергия ис-пользуется. В связи с этим в данной главе на основе литературных источни-ков проводится подробный анализ рабочего процесса горения, который яв-ляется внутрикамерным процессом, и процессов теплообмена пульсирующих потоков.

1.1 Принципиальные отличия энергоустановок на основе пульси-рующего горения от аналогичных теплотехнических установок стацио-нарного горения
Внутрикамерные процессы, протекающие в аппаратах пульсирующего горения, по своему механизму существенно отличаются от стационарных процессов горения. Поэтому для оценки их эффективности не применимы традиционные методы термодинамического анализа, базирующиеся на мето-де циклов. Дело в том, что цикличность при пульсирующем горении прояв-ляется в случае резонанса, когда акустические возмущения накладываются на установившийся поток газа. Его еще называют несущий поток или, как при-нято в акустике, фон. Поэтому, все явления, связанные с превращением одних видов энергии в другие в АПГ, сопровождаются флуктуацией параметров, а равновесное состояние макроскопических систем или стационарное движение среды надо рассматривать как предельные. В связи с этим техническое реше-ние задачи по организации надежного пульсирующего горения не¬разрывно связано с проблемой устойчивости возмущенного движения. Вопросам устойчивости состояний равновесия и протекания процессов посвящено огромное количество работ.
При существенном возрастании амплитуды колебаний давления, или неустойчивом горении, режим пульсирующего горения весьма опасен, так как приводит, в итоге, к разрушению конструкции.
Для установок пульсирующего горения исследования в этой области представляют определенный интерес, но с позиций поддержания и управле-ния колебательного режима горения, т.к. известно, что устойчивые периоди-ческие флуктуации термодинамических параметров в потоках теплоносителей играют большую положительную роль в процессах тепло- и массопереноса. В частности, они позволяют снизить расход топлива на единицу продукции, уменьшить вредные выбросы в окружающую среду, уменьшить габариты, а, следовательно, и металлоемкость теплообменных аппаратов и энергетических установок. Эти аппараты первоначально называли камеры пульсирующего горения. Автор отмечает, что пульсационное горение представляет собой частный случай вибрационного горения, происходящего с акустической ча-стотой и большой амплитудой колебаний параметров. При этом камеры пульсирующего горения образуют автоколебательную систему с обратной связью. В зависимости от механизма обратной связи могут изменяться и названия устройств пульсирующего горения. Однако в последние годы во многих технологических установках камеры пульсирующего горения входят как составная часть конструкции. Поэтому предлагается технологические установки, включающие камеры пульсирующего горения, называть аппара-тами пульсирующего горения (АПГ).

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки