Исследование теплообмена и коксоотложения при течении синтетических (ненефтяных) топлив в каналах агрегатов авиационных двигателей

• Автор: Киришев, Едыль Лухванович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ТОПЛИВА ИЗ НЕНЕФТЯНЫХ НЕВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ СЫРЬЯ
1.1. Синтетические топлива из угля
1.1.1. Пиролиз угля,
1.1.2. Термическое растворение угля
1.1.3. Каталитическая гидрогенизация угля
1.1.4. Газификация угля с последующим получением жидкого
топлива из синтез-газа
1.2. Синтетические топлива из природного газа
1.3. Альтернативные топлива из биосырья для поршневых двигателей с искровым зажиганием
1.3.1. Современное состояние
1.3.2. Технологии производства биоэтанола
1.3.2.1. Ферментативный способ производства биоэтанол
1.3.2.2. Получение спиртов из синтез-га
1.3.2.3. Гидролизный способ получения этанола
1.4. Синтетические топлива из биосырья для поршневых двигателей
с самовоспламенением от сжатия (дизелей)
1.4.1. Современное состояние
1.4.2. Технология производства биодизеля
1.5. Синтетическое биотопливо для авиации
1.6. Разработка технических требований к синтетическому биотопливу из ненефтяного сырья для авиационных ГТД
Заключение и постановка задач исследования
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВИАБИОТОПЛИВА ПРИ КОНТАКТЕ
С КОНСТРУКЦИОННЫМИ, УПЛОТНИТЕЛЬНЫМИ И ФИЛЬТРУЮЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ
2.1. Результаты исследований биотоплива после контакта с конструкционными и уплотнительными материалами
2.2. Результаты исследований биотоплива после контакта
с фильтрующими материалами топливных фильтров
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И КОКСУЕМОСТИ ПРИ ТЕЧЕНИИ АВИАБИОТОПЛИВ В КАНАЛАХ В УСЛОВИЯХ ЖИДКОФАЗНОГО ТЕРМООКИСЛЕНИЯ
3.1. Экспериментальная установка и методика исследования
3.2. Теплоотдача при течении биотоплив сверхкритического давления

в каналах
3.3. Интенсификация теплоотдачи и подавление коксоотложений при течении биотоплив в каналах
3.4. Методика расчета коксоотложений при течении биотоплив в каналах теплообменных устройств
3.4.1. Кинетическая модель образования вещества отложений
3.4.2. Упрощенная модель образования вещества отложений
3.5. Математическое моделирование образования коксоотложений при течении биотоплив в каналах
3.5.1. Двумерная модель
3.5.2.Анализ особенностей образования косоотложений при течении топлив в каналах
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И КОКСУЕМОСТИ ПРИ ТЕЧЕНИИ АВИАБИОТОПЛИВ В КАНАЛАХ В УСЛОВИЯХ ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ
4.1.Теплообмен при термодеструкции паров биотоплива в обогреваемых каналах
4.2.3акономерности образования коксоотложений при
термодеструкции биотоплива
4.3. Моделирование процессов тепло-и массообмена при течении топлив в условиях термодеструкции и образо вания коксоотложений
на стенках канала
4.4. Результаты моделирования и расчета теплогидравлических характеристик турбулентного потока топлива в условиях термодеструкции
5. РАЗРАБОТКА ТОПЛИВО-ВОЗДУШНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ПЕРСПЕКТИВНОЙ АВИАЦИОННОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ
5.1.Подход к проектированию и выбор геометрии теплообменника-реактора
5.2. Анализ устойчивости течения и равномерности раздачи
топлива по каналам
5.3.Конструкция теплообменника-реактора и результаты его
испытания
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ. Технические требования к опытному образцу синтетического топлива из ненефтяного сырья для авиационных ГТД

ВВЕДЕНИЕ
Основными источниками энергоресурсов в мире являются нефть, природный газ, каменный и бурый угли. Доля нефти в мировом потреблении энергоресурсов составляет 40%, углей - 27%, газа - 23%. 7% энергоресурсов вырабатывают атомные электростанции. На долю ветряной, солнечной и гидроэнергии приходится около 3% [1].
Нефть, природный газ, уголь и уран являются невозобновляемыми источниками энергоресурсов и, естественно, что эти источники через какое-то время иссякнут. По прогнозу Международного Энергетического Агентства (МЭА) кратность мировых запасов нефти (отношение подтвержденных промышленных активных запасов к уровню годовой добычи) оценивается в 45-50 лет, газа - в 50-70 лет, угля - в 200-400 лет, урана - в 40-45 лет. Вместе с тем мировое потребление энергоресурсов непрерывно возрастает, и прежде всего, встает вопрос о замене нефти, из которой производится около 99% моторных топлив на другой вид сырья.
Поиск для замены нефтяных топлив на синтезированные из других видов сырья, разработка прогрессивной технологии производства синтетических топлив и их рационального применения на транспортных средствах становятся в настоящее время весьма актуальными задачами научно-исследовательских работ.
Конечно, в качестве альтернативного по отношению к нефти сырью рассматриваются, прежде всего, бурый и каменный угли, запасы которых еще остаются достаточно большими.
На сегодняшний день уже имеются доведенные до промышленного внедрения технологии производства синтетических моторных топлив из угля. Товарные синтетические топлива из бурых углей производятся в промышленных масштабах фирмой SASOL (ЮАР). Потенциальными производителями синтетических моторных топлив из угля являются фирмы BP, Conoco-Phillips, Shell Malaysia, Exxon Mobile Qator, Chevron. Достаточно продвинутая технология производства реактивного топлива из природного газа разработана в США.
Однако уголь и природный газ, как и нефть, являются невозобновляемыми сырьевыми энергоресурсами. Кроме того, извлекая из недр уголь и природный газ и превращая их в конечном итоге в диоксид углерода, человечество увеличивает концентрацию СОг в атмосфере и, тем самым, способствует усилению парникового эффекта, вызывающего потепление климата на Земле с вытекающими из этого катастрофическими последствиями.
В настоящее время концентрация углекислого газа в атмосфере составляет примерно 400 ррм. Это в два раза больше, чем до начала промышленной революции XVIII века. К 2050 году концентрация С02 в атмосфере может достичь 500 ррм [2].

Таблица 1.7. Качество дизельного топлива на основе растительного и нефтяного сырья [1.32]
Показатели Рафинады растительных масел Дизельное топливо
подсолнечное соевое рапсовое хлопковое пальмовое
Плотность при 20°С, кг/м3 924 923 915
Вязкость, при 20 °С, мм2/с 63 25
Низшая теплота сгорания, МДж/кг 36 39 37,2 34 38 42
Температура вспышки, °С 320 220 305
Температура застывания, °С -16 -11 -1 8
Содержание серы, % 0,005 0,005 0,005 - - 0
Одним из способов устранения указанных выше недостатков растительных масел является их химическая переработка -переэтерификация с получением, главным образом, метилового эфира жирных кислот (производство биодизельного топлива). Переэтерификация позволяет получать продукты со свойствами, полностью отличными от исходного сырья.
К основным преимуществам дизельного топлива из растительного сырья следует отнести [1.28]:
- достаточно высокие цетановые числа (более 50 ед.)
- снижение загрязнения окружающей среды экологически опасными веществами (применение дизельного топлива из растительного сырья способствует уменьшению выброса твердых частиц, адсорбирующих на себе канцерогенные вещества из продуктов сгорания);
- низкую токсичность;
- биоразлагаемость (при попадании на почву разлагаются с образованием безвредных продуктов в течение месяца);
- высокую температуру вспышки, что повышает их пожаробезопасность;
- высокие смазывающие свойства;
- низкое содержание серы (<10мг/кг);