Разработка элементов теории и анализ процессов расширения парогазовой смеси в турбодетандере

• Автор: Галдин, Владимир Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 410 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1.СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О РАБОТЕ ТУРБОРАСШИРИ-ТЕЛЬНЫХ МАШИН В ДВУХФАЗНОЙ ОБЛАСТИ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 .Применение турборасширительных машин для работы на
парогазовой смеси
1.2.Теоретические и экспериментальные исследования процессов
расширения парогазовой смеси в турбодетандере
1.3 .Особенности работы турбодетандеров в двухфазной области
1.4.Состояние исследований процесса кристаллизации диоксида углерода в объеме газового потока, расширяющегося в турбодетандере
1.5. Цели и задачи исследования
2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССОВ РАСШИРЕНИЯ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ В ТУРБОДЕТАНДЕРЕ
2.1. Элементы кинетики фазового перехода
2.2. Математическая модель течения парогазовой смеси с образованием новой фазы в проточной части турбодетандера
2.3. Аналитическая аппроксимация геометрических характеристик проточной части турбодетандера и выбор шага интегрирования
при расчете течения
2.4. Алгоритм численного решения системы уравнений течения парогазовой смеси
3. ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА РАСШИРЯЮЩИХСЯ В ТУРБОДЕТАНДЕРЕ
3.1. Особенности процесса расширения ПСТ в турбодетандере
3.2. Компонентный состав ПСТ и его теплофизические свойства

3.3. Результаты теоретического исследования процесса расширения ПСТ в проточной части турбодетандера
3.4. Энергетические характеристики процесса расширения ПСТ в турбодетандере
4. РАСШИРЕНИЕ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА В ТУРБОДЕТАНДЕРЕ
4.1. Процессы расширения влажного воздуха
4.2. Основные уравнения течения влажного воздуха в турбодетандере
4.3. Анализ течения переохлажденного пара в турбодетандере
4.4. Влияние влажности на энергетические характеристики процесса расширения влажного воздуха в турбодетандере
5. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
ТУРБОДЕТАНДЕРА
5.1. Схема экспериментального стенда
5.2. Теплофизические измерения при испытаниях. Оценка погрешностей экспериментальных данных
5.3. Методика проведения испытаний
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ОСЕВОГО ТУРБОДЕТАНДЕРА
6.1. Основные результаты исследования характеристик турбодетандера на “сухом” воздухе
6.2. Результаты исследования режимов работы детандера на влажном воздухе
6.3. Опытное исследование режимов работы ступени детандера на ’’сухих” продуктах сгорания топлива
6.4. Исследование характеристик детандера на влажных продуктах сгорания топлива
6.5. Результаты экспериментального исследования турбодетандера в режиме получения твердого С02
7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
тов сгорания топлива перед ним до температуры насыщения твердого диоксида углерода. При расширении продуктов сгорания в детандере происходит вымораживание твердого диоксида углерода в объеме потока в виде мелких кристаллов с дальнейшим их отделением в сепараторе.
Сжигание топлива в камере сгорания газотурбогенератора происходит при коэффициенте избытка воздуха а = 3-4, что соответствует массовой концентрации С02 в дымовых газах gc = 0,08-0,05, а кислорода go - 0,16-0,18 [52]. То есть не весь кислород воздуха участвует в процессе горения топлива. Повысить концентрацию gc и уменьшить g0 на входе в турбодетандер можно, выполнив рециркуляцию дымовых газов на вход в камеру сгорания (рис. 1.17) [19]. Часть дымовых газов с высокой концентрацией кислорода и невымороженным в детандере С02 после регенеративного теплообменника 8 направляется повторно в камеру сгорания 3 на выжигание остаточного кислорода и увеличение концентрации С02 на входе в турбодетандер 9. Последнее приводит к увеличению выхода твердого С02.
К установкам комплексного производства теплоты и холода можно отнести и установку для комплексного производства оксида кальция (СаО, негашеная известь) и твердого диоксида углерода (рис. 1.18, 1.19) [17, 20]. Горячие продукты сгорания топлива из газотурбогенератора (рис. 1.18 а, 1.19) или камеры сгорания 3 (рис. 1.18 б) поступают в печь 5, в которой при высокой температуре происходит разложение карбоната кальция на оксид кальция и диоксид углерода в соответствии с химической реакцией
СаС03 С02 + CaO - Q.
Продукты сгорания топлива, обогащенные диоксидом углерода в реакции разложения СаСОэ, охлаждаются в регенеративном теплообменнике 8 и расширяются в турбодетандере 9, где в объеме потока выделяется твердый С02.