Инженерная методика учета влияния неравновесных физико-химических процессов на состав и свойства рабочих тел сверхзвуковых МГД-генереторов открытого цикла

• Автор: Прусова, Нина Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1982
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 212 c. : ил

Глава I. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

НА ПАРАМЕТРЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

1.1. Теоретические и экспериментальные исследования

ракетных двигателей и МГД-генераторов

1.2. Методы расчета релаксационных процессов

1.3. Обоснование выбранного направления работы зо

1.4. Выводы к главе I

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ

КИНЕТИКИ В СВЕРХЗВУКОВОМ МГДГ

2.1. Релаксационные процессы в низкотемпературной

плазме - рабочем теле МГДГ открытого цикла

2.2. Используемые допущения и математическая
формулировка задачи
2.3. Применение метода Рунге-Кутта для решения
систем кинетических уравнений
2.4. Выводы к главе 2
Глава 3. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ
КИНЕТИКИ НА СОСТАВ РАБОЧЕГО ТЕДА В СВЕРХЗВУКОВЫХ МГДГ
3.1. Выбор системы уравнений, описывающей влияние
химической неравновесности
3.2. Влияние неопределенности констант скоростей химических реакций на результаты расчета
состава рабочего тела
3.3. Сопоставление полученных результатов с
исследованиями по более точной методике
3.4. Выводы к главе 3

Глава 4. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ
КИНЕТИКЕ! НА ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРОНОВ
4.1. Выбор минимально необходимой системы уравнений
электронной кинетики
4.2. Влияние неточности исходных данных по ионизационной кинетике на результаты расчета плотности электронов и электропроводности рабочего тела
4.3. Выводы к главе 4
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРОННОЙ
КИНЕТИКИ НА ИЗгЛЕНЕНИЕ СОСТАВА И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАБОЧЕГО ТЕЛА МГДГ ОТКРЫТОГО ЦИКЛА
5.1. Описание алгоритма и программы, учитывающих
влияние неравновесных физико-химических процессов
5.2. Влияние различных факторов на отклонение состава
диссоциированного газа вследствие химической неравновесности
5.3. Исследование влияния ионизационной кинетики на
отклонение плотности электронов от равновесных значений
5.4. Влияние кинетики физико-химических процессов на
теплофизические свойства рабочего тела
5.5. Использование разработанной инженерной методики
при проектировании промышленных МГДЭС
5.6. Выводы к главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение I. Влияние неравновесных эффектов на теплообмен
и трение в МГДГ
Приложение 2. Акт о внедрении

В науке и технике сегодня и в будущем значительное место принадлежит исследованию и практическому применению процессов, протекающих при высокой температуре и сопровождающихся физико-химическими превращениями рабочих тел. Так, продукты сгорания высокоэнергетических топлив в камере сгорания МГД-генераторов (МГДГ) открытого цикла представляют собой высокотемпературные многокомпонентные химически реагирующие смеси. Определение состава и свойств таких смесей, а также параметров протекающих процессов составляет одну из основных задач современной термодинамики и теплофизики.
Проблема МГД-генерирования электроэнергии - одна из важнейших в энергетике. Связано это с экономическими и техническими преимуществами МГД-электростанций (МГДЭС): более высокой удельной концентрацией мощности и более высоким по сравнению с паротурбинными ТЭС коэффициентом полезного действия /I/.
Пятидесятые годы нашего столетия являются началом интенсивного развития исследований по МГД-методу преобразования энергии. В последнее время интерес к МГДГ сильно возрос и сейчас перспективность использования их на промышленных электростанциях ближайшего будущего уже не вызывает сомнений /2,3/. Советский Союз проводит наиболее полные систематические исследования по созданию МГД-установок, подчиненные задачам большой энергетики. Важные результаты, полученные при изучении различных аспектов проблемы на экспериментальных МГД-установках У-02 и У-25, позволили нашей стране занять ведущее место в мире. Сейчас значительно повысилась активность исследований по МГД-проблеме в США, ПНР, Индии, Нидерландах, ФРГ /4,5/.

В разработанной кинетической модели предполагалось (допущение 7), что реагирующие молекулы могут быть охарактеризованы равновесной максвелл-болъцмановской функцией распределения по скоростям и внутренним состояниям. Возмущение исходного равновесного распределения химической реакцией, по-видимому, существенно для реакций, в которых энергия активации Еакт!к Т — 5 /136/. В
рассматриваемом диапазоне температур для большинства компонентов (Н2О, СС^, Н2, О2) энергия активации лежит в диапазоне 420-540 кдж моль /135/. Для верхнего предела температур Т = 3500 К Еакт/к Т ~ 13-18, а для нижнего (Т = 2000 К) это отношение
приблизительно 25-32. Если компонентами являются молекулы N0 и
СО, то Еакт (кТ) »30-56. Кроме того реакционно способными оказываются только те молекулы, энергия которых превышает некоторую предельную величину /137/, так что функция распределения непрерывно обедняется в высокоэнергетической части за счет исчезновения прореагировавших молекул. Это обеднение в какой-то степени восстанавливается в результате молекулярных столкновений. Нарушение равновесного распределения будет малым, если скорость восстановления равновесного распределения намного превышает скорость его нарушения за счет химической реакции /106/. В теоретических работах по исследованию простых моделей для бимолекулярных реакций показано, что неравновесные эффекты сравнительно невелики. Так, соответствующие поправки к константе скорости, вычисленные в предположении сохранения равновесия, составляют несколько процентов /138/. В настоящее время ведутся работы по решению задачи оценки неравновесных эффектов при учете зависимости сечения реакции от энергии различных степеней свободы реагирующих молекул. Все перечисленные выше принятые допущения дали возможность создать инженерную методику, учитывающую влияние неравновесных эффектов в сверхзвуковых МГДГ.