Гидродинамика, тепло- и массообмен в вихревых камерах сгорания водородных мини-парогенераторов

• Автор: Ильичев, Виталий Александрович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 98 с. : 41 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Перспективные схемы высокотемпературных водороднокислородных энергоустановок и конструкции парогенерирующих агрегатов

1.2 Гидрогазодинамика и тепломассообмен в камерах сгорания энергоустановок

1.3 Выводы и задачи исследования

2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛОМАССООБМЕНА В ВИХРЕВЫХ КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ВОДОРОДНЫХ МИНИПАРОГЕНЕРАТОРОВ

2.1. Теоретические предпосылки

2.2. Постановка задачи. Математическая модель

2.3. Методика расчета гидродинамики и тепломассообмена в вихревых камерах сгорания водородных минипарогенераторов

2.4. Анализ полученных результатов

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ВИХРЕВЫХ КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ВОДОРОДНЫХ МИНИПАРОГЕНЕРАТОРОВ
3.1. Описание экспериментальной установки
3.2. Экспериментальные модели
3.3. Методика проведения эксперимента и обработка опытных
данных
3.4. Анализ результатов экспериментальных исследований
4. РАЗРАБОТКА ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ВИХРЕВОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ. РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
4.1. Создание водородного минипароперегревателя с вихревой камерой сгорания
4.2. Инженерная методика расчета параметров вихревой камеры сгорания с учетом сложного движения жидкой пленки завесы
4.3. Огневое испытание водородного минипароперегревателя с вихревой камерой сгорания
4.4. Рекомендации по практическому использованию результатов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Внедрение в промышленность водородных энергоустановок является одним из перспективных направлений использования природных возобновляемых энергоресурсов в системах энергообеспечения, в т.н. устройств малой мощности. Для этого необходимо решить задачи создания надежных и эффективных высокотемпературных водородосжигающих устройств - минипарогенераторов тепловой мощностью до 150 кВт, в которых продукты сгорания смешиваются с водой.
В существующих минипарогенераторах процесс горения происходит в камере с конвективным охлаждением огневой стенки при температуре порядка 3500 К, давлении около 2,5 МПа и стехиометрическом соотношении компонентов а~1, а процесс парообразования охладителя (воды) - в камере испарения. При работе минипарогенераторов на стенки камеры сгорания воздействуют высокие тепловые потоки, и вскипание воды в каналах системы охлаждения может привести к прогару жаровой трубы. Необходимость исключения кипения в каналах оказывает влияние на минимальные расходы охлаждающей воды и длину камеры сгорания, что ограничивает доступные степени перегрева пара.
Решение задачи повышения эффективности работы минипарогенераторов возможно с применением вихревых камер сгорания, в которых подача воды на охлаждение и парообразование осуществляется тангенциально для создания вихревой жидкой пленки завесы. При этом процессы горения и парообразования происходят в одной камере, что позволяет снизить массу и габариты устройств и регулировать в доступных пределах температуру пара на выходе.
В данной работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов гидродинамики тепломассообмена с фазовым переходом при тангенциальном движении жидкой пленки завесы с учетом воздействия высокоскоростного потока

генерацией.
Аналогично можно вывести уравнение переноса для входящих компонент тензора напряжений Рейнольдса [71, 72].
Как отмечалось выше, система уравнений по Рейнольдсу (2.3)-(2.4) является незамкнутой. Для своего решения системе необходимы дополнительные соотношения, называемые моделями турбулентности. По гипотезе Ж. Буссинеска [73] вводится понятие изотропной турбулентной (вихревой) вязкости. При этом соответствующие модели являются линейными моделями турбулентной вязкости.
Согласно гипотезе Ж. Буссинеска [73] напряжения Рейнольдса связаны с осредненным течением уравнением, имеющим вид:
т' =м- + -1к8 . (2.9)
,у ' Эх, Эх, 3 и
Исходя из вышеизложенного, для определения шести компонент тензора т' требуется определить одну скалярную величину
На данный момент известна следующая классификация полуэмпирических моделей турбулентной вязкости [74]:
1)алгебраические;
2) с одним дифференциальным уравнением переноса характеристики турбулентности;
3) с двумя дифференциальными уравнениями переноса;
4) с большим числом дифференциальных уравнений.
2.2. Постановка задачи. Математическая модель
Исходными уравнениями для описания взаимодействия центрального парогазового потока с водяной вращающейся пленкой в вихревой камере