Разработка низкотемпературных твердотопливных газогенераторов с инертными теплообменниками

• Автор: Бортников, Роман Александрович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Перечень условных обозначений
Введение
ГЛАВА
Использование низкотемпературных газогенераторов на твердом топливе (НТГГ) в технологиях аэрозольного пожаротушения. Анализ проблемы создания НТГГ
1.1. Аэрозоль и традиционные средства объемного тушения
1.2. Влияние различных факторов на огнетушащую способность аэрозоля
1.3. Основные требования к НТГГ. Дополнительные требования к аэрозольным НТГГ
1.4. Способы понижения температуры продуктов сгорания в газогенераторах
1.5. Классификация основных типов теплообменных аппаратов. Анализ параметров влияющих на интенсивность конвективного теплообмена
Выводы по главе. Постановка задач диссертационной работы
ГЛАВА
Математические модели рабочих процессов в НТГГ
2.1. Физическая модель рабочих процессов в НТГГ
2.2. Модель воспламенителя
2.3. Модель камеры сгорания
2.4. Модели инертных теплообменников с каналами сложной формы
2.4.1. Обобщенный принцип построения эквивалентной схемы
2.4.2. Трубчатый теплообменник
2.4.3. Пластинчатый теплообменник
2.4.4. Теплообменник с турбулизаторами
2.4.5. Расчет коэффициентов гидравлического сопротивления Выводы по главе
ГЛАВА
Исследование процессов тепло-массообмена в НТГГ
3.1. Исследование тепло-массообмена в канале круглого сечения
3.1.1. Расчет потерь давления на /-м участке теплообменника
3.1.2. Сопряженная задача теплообмена для малых чисел В1
3.1.3. Сопряженная задача теплообмена для больших чисел Вг
3.2. Исследование влияния конструктивных и режимных параметров теп- 96 лообменника на основные выходные характеристики НТГТ
3.3. Сопоставление расчетных данных с экспериментом
Выводы по главе
ГЛАВА
Исследование влияния параметров НТГТ на параметры среды в защищае- 108 мом помещении
4.1. Физическая и математическая модели помещения
4.2. Математическая модель пограничного слоя при взаимодействии доз- 116 вуковой неизотермической струи с преградой
4.2.1. Математическая формулировка задачи
4.2.2. Алгоритм решения уравнений пограничного слоя в системе 120 МмкСАВ. Сведение краевой задачи к начальной задаче
4.2.3. Результаты моделирования
Выводы по главе 128'
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Список литературы
Приложение 1. Характеристики некоторых серийно выпускаемых аэро- 142 зольных генераторов
Приложение 2. Номограммы для определения типоразмера матричного 146 теплообменника с заданными выходными характеристиками

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Обозначения
G - расход;
Т— температура;
р - давление;

m{t) - массовый приход;
М— масса;
Q - тепловой поток;
Чи Яг, Чъ, Ча - тепловые потоки в стены, потолок и пол; защищаемого помещения;
q30 - тепловой поток в защищаемое оборудование; е - внутренняя энергия;
I- интенсивность; х,у,2 - координаты; t — время;
r(d), R(D) - радиус (диаметр);
П - периметр;
F — площадь поперечного сечения;
/- площадь поверхности; f=F]/Fo - площадь живого сечения;
V— объем;
L — длина;
/ = l/dome - приведенная длина;
8 - дельта функция Дирака; и - скорость горения; w - скорость продуктов сгорания;
У - количество (число);
Имеются разработки теплоаккумулирующих охладителей, работа которых основана на эффекте «волнового теплообмена» [1, 23, 38, 64, 65], который возникает в процессе фильтрации горячего газа, содержащего пары воды, через порошковый материал. Данный тип охладителя обеспечивает низкую и стабильную температуру газа (300 ... 450 К), стабильный его расход, отсутствие в нем конденсированной фазы и высокую газовую постоянную холодных продуктов сгорания. Созданные на базе порошковых охладителей низкотемпературные газогенераторы НТГГ рис. 1.9, д хорошо сочетаются с любым типом привода аварийных систем. Однако использование порошковых охладителей в генераторах огнетушащего аэрозоля приводит к снижению эффективности пожаротушения вследствие фильтрации мелкодисперсных частиц — ингибиторов горения.
Известен способ охлаждения высокотемпературного газа при помощи различных типов теплообменных аппаратов [66 — 74 и др.]. Температуру газа таким способом можно снизить до 300 ... 800 К.
Авторами [75] данный способ реализован в конструкции генератора с внешними и внутренними ребрами охлаждения 5, увеличивающими эффективную площадь теплообмена рис. 1.10, а. Ребра охлаждения могут быть выполнены под любым углом к направлению движения продуктов сгорания.
ОКБ «Темп» на основе состава ПТ - 50 - 2 разработало и выпускает аэрозольные генераторы типа ОП — 517 «АГАТ - 2А» с пассивным трубчатым теплообменником 6, рис. 1.10, б. Генераторы имеют несколько модификаций, отличающихся массой заряда, устройством запуска и конструкцией теплообменника [76].
Однако при использовании описанного способа при температуре продуктов сгорания на выходе, меньшей, чем 500 К, масса и габариты генератора существенно увеличиваются.