Напряженно-деформированное состояние полого пористого цилиндра при различных режимах фильтрационного сжигания газа

• Автор: Чумаков, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

1.1. Пористые горелки

1.2. Характеристики пористых сред.

1.3. Теплофизические свойства пористых тел

1.4. Термоупругие напряжения и деформации в пористых средах.

1.5. Фильтрация.

1.6. Моделирование фильтрационного горения

1.7. Выводы.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2.1. Общие уравнения

2.2. Частные варианты модели

2.2.1. Напряженнодеформированное состояние рабочего тела.

2.2.2. Простейшая однотемнературная модель
2.2.3. Простейшая двухтемпературная модель
2.2.4. Двухслойное пористое тело ..
2.3. Материалы и их свойства
2.4. Выводы.
3. СТАЦИОНАРНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПОРИСТОГО ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА
3.1. Однотемпературная модель.
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Распределение давления и температуры в горелке.
3.1.3. Алгоритм численного исследования.
3.1.4. Анализ результатов.
3.1.5. Сжимаемый газ
3.2. Двухтемпературная модель.
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Алгоритм численного исследования.
3.2.3. Распределение температуры и концентрации
3.2.4. Напряжения и деформации в пористом керамическом каркасе.
3.2.5. Исследование упрощенного варианта модели в безразмерных переменных.
3.2.5.1. Постановка задачи.
3.2.5.2. Алгоритм численного решения.
3.2.5.3. Режимы сжигания в условиях низкого теплообмена газа с внешней поверхностью.
3.2.5.4. Режимы сгорания в условиях хорошего теплообмена газа, покидающего горелку, с ее внешней поверхностью
3.3. Сравнение материалов и моделей.
3.4. Выводы.
4. СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ДВУХСЛОЙНОМ ПОЛОМ ПОРИСТОМ ЦИЛИНДРЕ.
4.1. Математическая модель
4.2. Алгоритм численного решения задачи.
4.3. Анализ аналитического решения
4.4. Результаты численного исследования модели
4.5. Выводы.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ СЖИГАНИЯ ГАЗА
В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОРИСТОЙ ГОРЕЛКЕ.
5.1. Критические условия теплового взрыва.
5.1.1. Постановка задачи
5.1.2 Алгоритм численного исследования
5.1.3. Анализ результатов.
5.2. Начальная стадия работы горелочного устройства
5.3. Выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Одно из возможных практических приложений фильтрационного горения непосредственно относится к разработке экологически чистых пористых горелок, работающих на бедных смесях и обеспечивающих экономию газового топлива, практически полное сгорание газа в объеме пористого тела и высокий КПД. Под термином пористые горелки обычно понимают газовые горелки, использующие пористое тело для формирования зоны высокотемпературного химического превращения зоны горения, где выделяется основная энергия топлива. Пористые горелки могут состоять из нескольких слоев, которые выполняют ряд разнообразных функций, обеспечивая сгорание горючей смеси, стабилизацию зоны горения, устойчивость зоны горения, выход эффективного ИКизлучения, полноту выгорания и др. Высокотемпературная часть инфракрасных горелок может быть изготовлена в виде плоских, цилиндрических, полусферических или иных конфигураций блоков, рационально размещаемых в топке теплогенератора соответствующей формы, что обеспечивает эффективный радиационный теплообмен . Важным параметром, который определяет, реализуется или нет процесс горения внутри пористой структуры, является критический размер пор . Если размер пор меньше , распространение пламени прекращается, и пламя всегда затухает. Если размер поры превышает критическое значение, возможно распространение пламени во внутреннюю часть пористой структуры. X теплопроводность газа. Эксперименты Бабкина . Следовательно, . Сфера использования пористых радиационных горелок очень широкая горелки для печей и сушилок при отоплении жилищ и других помещений печи для обжига извести и шамота, кирпича и керамики печи для варки стекла и силикатных материалов, выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий, сжигания газа в печах и сушилках металлургических и машиностроительных заводах водогрейные котлы, парогенераторы, калориферы, генераторы электрической энергии, устройства предпускового подогрева двигателя и др. В качестве топлива в радиационных пористых горелках, в основном, применяют метан СЯ4, пропан СзЯ8, бутан С4Я и водород Я2, а также смеси этих газов с воздухом 2,3,. Под пористой средой обычно понимают твердое тело, содержащее пустые промежутки поры, распределенные более или менее равномерно по объему тела . Основной характеристикой такой среды является пористость. Поскольку остальная часть Уг общего объема материала занята частицами твердого каркаса, то отсюда следует
1 т . В частности, для пористых материалов с каркасом из сферических частиц диаметром пористость можно определить из соотношения
т 1 ,
где Я3 число частиц в единице объема. Под структурой пористого тела понимают геометрическое строение твердого каркаса, характеризуемое взаимным расположением его элементов. Для описания структуры пористых тел используются, как правило, упрощенные модели 69, , в основе которых лежит либо представление о порах тела как о капиллярных цилиндрических трубах, либо пористое тело рассматривается как система сферических частиц, которые могут быть и пустотелыми. Эти шары могут быть уложены различным образом. Известно, что наибольшая пористость получается при использовании одинаковых по размеру сферических зерен . В качестве простейших форм укладки можно привести кубическую или ромбическую. В реальных материалах практически всегда имеются зерна различных размеров, что заметно снижает пористость и размер пор. Например, при ромбической упаковке диаметр поры, образованной четырьмя шарами диаметром 1Ъ равен 0. Особенно резко пористость снижается в тех случаях, когда мелкие частицы располагаются в порах, образованных крупными зернами. Пористые материалы обладают развитой внутренней поверхностью. Обычно указывают удельную поверхность, под которой понимают суммарную площадь поверхности внутренних пор 5Р, приходящуюся на единицу объема материала Утеда
Ьуд у
Величина удельной поверхности играет важную роль при расчете теплообмена между твердым каркасом и протекающим сквозь него газом. У проницаемых материалов, обладающих мелкозернистой структурой, удельная внутренняя поверхность намного больше, чем у материалов с крупнозернистой структурой.