CC BY
3«ШУШ(ШШиМ-Ши©Ма1> 2023 / TECHNICAL SCIENCE
33
1. Забшка Н. А., Байрачний В. Б. Вплив юнети-чних параметр1в на ефектившсть видшення водню шляхом розчинення сплаву АК7 в лужних розчинах з домшками активатор1в. Вюник Кигвського нацю-нального ун1верситету технологий та дизайну. 2019. № 5. С. 115-121.
2. Байрачний Б. I., Заб1яка Н. А., Байрачний В. Б., Руденко Н. О., Лещенко С. А. Моделю-вання технолопчних параметр1в синтезу водню ро-зчиненням сплаву АК7 в лужних розчинах. Colloquium-journal. 2020. № 33. С. 55-58.
3. Заб1яка Н. А., Байрачний В. Б., Руденко Н. О., Желавська Ю. А. Вплив технолопчних параметр1в на ефектившсть видшення водню шляхом розчинення алюмш1евого сплаву АК7. Colloquium-journal. 2019. № 6. С. 24-27.
4. Zabiiaka N.A., Kanunnikova N.A., Bukatenko N.O. Influence of kinetic parameters of hydrogen release by interaction of AK7 alloy with alkaline-halogenide solution. Вчеш записки Тавршського национального университету 1м. В.1. Вернадського. Се-р1я: Техшчш науки. 2021. Т. 32 (71) №»4. С. 199-203.
5. Zabiiaka N.A., Kanunnikova N.A., Pyrozhenko E.V., Bairachniy V.B., Tykhomyrova T.S. Influence of kinetic parameters of hydrogen release by interaction of AK7 alloy with alkaline-halogenide solution. Вчеш записки Тавршського национального ун1верситету îm. В.1. Вернадського. Сер1я: TexHi4Hi науки. 2021. Т. 32 (71) №5. С. 218-222.
6. Забияка Н. А. Влияние кинетических параметров на производительность выделения водорода из щелочно-хлоридных растворов. Экология и промышленность. 2019. № 1. С. 55-58.
7. Zabiiaka N. A., Kanunnikova N. A., Mu-saev R R., Trubchaninov A. R. Mechanism of interaction of AK7 alloy impurities with alkaline-halide solutions. Colloquium-journal. 2023. № 2(161). С. 14-17.
8. Лукащук Т. С., Ларин В. И. Коррозионное поведение алюминия и его сплавов в растворах ги-дроксида натрия. Вестник Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина. 2009. № 870. С. 253-258.
9. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ: монография. Москва: Химия, 1997. 480 с.
УДК 629.7.036.22
Кобець О.В.
к. техн. н., доцент
Нацюнальний технгчний унгверситет «Хартвський полгтехнгчний
тститут»
DOI: 10.24412/2520-6990-2023-5164-33-37 ДОСЛ1ДЖЕННЯ РОЗПИЛУ Р1ДКИХ МЕТАЛ1В ТА СПЛАВ1В НАДЗВУКОВИМИ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИМИ СТРУМЕНЯМИ
Kobets O. V.
Ph. D. D., associate professor National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»
RESEARCH SPRAYING OF LIQUID METALS END ALLOYS SUPERSONIC HIGH
TEMPERATURE GAS JET
Анотаця
П1д час одержання порошюв у порошковш металургИ використовуеться споаб газодинамгчного роз-пилення ргдкого металу або сплаву газовим струменем реактивного пальника зарахунок ктетичноi енергИ струменя газу, що рухаеться з надзвуковою щвидюстю. Шд час проектування та вибору режиму роботи реактивного пальника необх1дно знати термодинамгчт параметри робочого тша. Аналгтично визначено та теоретично дослгджено параметри робочого тша у середет пальника та на виход1 з нього. Термоди-нам1чнi параметри робочого тша реактивного пальника досл1джуються при значення коефщента надлишку повтря та тиску в камерi згоряння у випадку роботи пальника на шебелтському газi.
Abstract.
At the receipt of powders in powder-like metallurgy the method of gas-dynamik dispertion of liqud metal or alloy is used by the gas stream of reactive gas ring due to kinevatsks of stream of gas locomotive with supersonic speed. At paining and choise of the modes of operations of gas ring it is necessary to know the thermodynamics parameters of working body. Analytically certain and in theory the parameters of working body are investigational into of gas ring and on an exit from her. The termodynamiks parametres of working body of reactive gas ring working on natural gas are investigated at the coefficient of surplus of air and pressures in a combustion chamber why of work of gas ring on shebelisnsky gas.
Ключовi слова: сопло, реактивний пальник, метал, надзвукова швидюсть, згоряння, розпилення, до-слiдження, камера згоряння
Keywords: nozzle, jet burner, metal, supersonic speed, burning, spraying, research, combustion chamber.
34
TECHNICAL SCIENCE / «ШШШШШУМ-ШЦТМак» #5(164), 2©21
Для термiчного руйнування природних мше-ральних середовищ у прничодобувнш, каменеоб-робнш та будiвельнiй промисловосп використову-ються газоструменевi термошструменти, що працюють на газоподiбному окислювачi (кисень, повiтря) та рвдкому пальному (керосин, бензин).
Значний штерес являе собою використання в реактивних пальниках у якосл пального природного газу або коксового газу у комбшуванш кок-сохiмiчних заводш з металургшними та хiмiчними заводами для дослвдженння розпилу металiв та сплавiв надзвуковим, високотемпературним стру-менем, що мае не тшьки пщвищену теплоту зго-ряння, але й значно меншу вартiсть.
Термодинамiчними розрахунками нами вста-новлено теоретичнi залежностi температури робо-
чого тша (газу) у камерi згоряння Т та на виходi з
реактивного сопла витгкання W, ■
Т
та швидкостi иого
а ввд тиску в пальнику Рк та
коефщенту надлишку повiтря О, т.
Оскiльки теплота згоряння природних газш приблизно однакова (табл.. 1), обмежимося аналiзом параметрiв робочого тша пальникiв, що працюють на шебелинському газi, припускаючи, що отриманi даш будуть достатньо наближеними для випадкш роботи пальника з використанням ш-ших горючих газiв.
Таблиця 1
Теплота згоряння деяких палив, що використовуються в реактивних пальниках
Назва пального Найнижча теплота згоряння QK
МДж/м3 МДж/кг
Рвдке пальне:
бензин - 43,08
керосин - 42,66
Природний газ:
шебелинський (Харкш) 34,90 48,14
дашавський (Кшв) 35,65 48,84
мелiтопольський (Запорiжжя) 35,09 48,14
При дослвдженш було прийнято так1 пара-метри шебелинського газу:
• умовна формула
С1,0068Н4,0984°0,002^0,0314 ;
• температура горшня на входi в пальник
т0 = 300 °К;
• тиск на виходi з пальника Р = 0,1 МПа.
• тиск у камерi згоряння змшювався в1д Р min ' за якого встановлюегься швидк1сть звуку на зрiзi сопла 2,5 МПа;
• коефщент надлишку повiтря ttт змшювався у межах 0,7-3,0.
Основнi результати розрахунк1в наведено в табл. 2, 3 та на рис. 1, 2.
Параметри газу в камер! згоряння пальника
Таблиця 2
Тк, °К Без урахування дисошаци Р ктт МПа М, кгпальн кгпал
ttT з дисоцiацiею без дисощаци Т к (am = const) R > R , кДж/(кг-К) к ß, сек
0,7 1958 1959 1,00 0,33; 0,53 1,27 124,0 0,181 12,60
0,8 2100 2104 1,00 0,32; 0,53 1,26 126,5 0,180 14,26
0,9 2219 2226 1,00 0,31; 0,46 1,25 128,6 0,180 15,92
1,0 2249 2328 1,00 0,30; 0,77 1,24 130,2 0,179 17,58
1,1 2148 2189 1,00 0,30; 0,52 1,26 125,4 0,180 19,23
1,2 2049 2068 1,00 0,30; 0,43 1,26 121,7 0,180 20,90
1,5 1783 1788 1,00 0,30; 0,23 1,27 112,5 0,181 25,86
2,0 1480 1481 1,00 0,30; 0,30 1,30 93,67 0,183 34,15
3,0 1137 1137 1,00 0,30; 0,83 1,32 87,94 0,184 50,73
Як видно з табл. 2, температура робочого тша в камерi згоряння Тк з урахуванням дисощаци та
без не! вг^знясться за значенням тшьки при tt т, близькими до одиницi. Оскiльки ця вщмшшсть е
незначною, то з достатшм для практики ступенем точносп при термодинамiчних розрахунках ди-сощацш продуктiв згоряння можна не врахо-вувати.
«етуушшим-шишаи» 2023 / Technical science
35
Незважаючи на те, що теплота згоряння природного газу вище за теплоту згоряння бензину на
8-13 % (див. табл. 1), температура згоряння Тк в
першому випадку нижче, нiж у другому на 2-3 %.
Це пояснюеться тим, що видшене при спалю-ванш шебелинського газу тепло йде на щдцр1вання бшьшо! кшькосп робочого тiло (див. табл. 2):
М = 1 + ато0,
де Од - теоретично необхвдна кшьшсть по-
впря для спалювання 1 кг пального.
Окрiм того, до складу продуктш згоряння входить дещо бiльша кiлькiсть води, що мае бшьшу теплоемшсть.
Температура газового струму на зр1з1 сопла
Та також е ввдповщно нижчою.
Швидюсть же випкання Wа на 1,0-1,5 %
вище, що пояснюеться бшь високою працез-датшстю продуктш згоряння, тобто бшьш високим
значення газово! константи Рк 1 ^а (див. табл.
2).
Таким чином, енергетичш можливосл газових струменш при спалювання природного газу в пальниках не менш1, а навпъ дещо бшьш1, якщо
Т а, Ж а 2,25
врахувати, що кшьшсть робочого тша в цьому випадку на 11-12 % бшьша, н1ж у випадку застосу-вання бензину.
Мш1мальний тиск в камер1 згоряння пальника
Рк , за якого забезпечуеться звукова швид-шсть газового струменю, змшюеться в дуже вузь-ких межах, тобто майже не залежить вщ tt т (див. табл. 2). Це пояснюеться тим, що при Ра = 0,1 МПа значення Рк min, як це видно з ршносл
к
к~1
Р
'к + 1Л
к min
V 2 У
визначаеться тшьки показником ад1абати к, що також обмежено залежить вщ tt т.
Ця обставина дозволяе вважати Рк min = COnst та приймати його в якост1 вихвд-
ного для дослщження залежносп Та та W, ввд
Рк.
1,75
1,25
0,75
0,25
- T а ----W а _ —
\ъ_
\j_
/
1 0,7 3
0 0,15 0,5
1,5
2,5 Рк, МПа
Рис. 1 - Вiдноснi змши Т а та Ж а залежно вiд Рк (цифрами на кривих наведено значення а т)
Характер змш 7 та Ж а ввд Рк аналопчний Ж ника на б
е тут те, що при збшьшенш Р темп зростання
випадку роботи пальника на бензиш. Характерним . . . р _ л 1 о л
J * * * ттит„тттттриЧ1 тиску в1д Ра = 0,1о МПа
а та зменшення пщвищенш
T
а упов1льнюеться: при
до
36
TECHNICAL SCIENCE / «ШШЮШУМ-ШУГМак» #5(164), 2023
Ра — 0,5 МПа прирiст Ша складае 57 %, а зни-ження Та - 18 %; при зм1ш Рк вщ 0,5 до 1,0 МПа Ша збшьшуеться тшьки на 25 %, а Та змен-шуеться на 10 %. При подальшому збiльшеннi Р темп змши № а та Т а суттево знижуеться.
Розглядаючи кривi залежностi № а та Т а вщ РК (див. рис. 1) та кривi розподшення наявно! енерги на зрiзi сопла мiж тепловою Лтепл та кне-
тичною енергiею Лкш (див. рис. 2), приходимо до
висновку про недоцiльнiсть пвдвищення тиску в ка-мерi згорання реактивного пальника, що працюе на стисненому повiтрi та природному газi, вище 1,520 МПа. Такий же висновок можна зробити при розгляданш газових струменем бензо-повiтряних пальникiв.
Комплекс основних параметрiв пальника п = ^1КкТк
^ А '
де
Ап (
к +1
к+1 2( к-1)
а також витрата робочого тша Ыр на оди-ницю критичного дотину сопла рф, що визна-чаеться зi залежностi
Ы - Ы — Рк
Ыр - мр—т,
того ж порядку, що й для бензо-повпряного пальника.
Висновки:
1. Переведення газоструменевих термошстру-ментш на природний, або коксовий газ дозволить за рахунок меншо! вартосп пального значно знизити собiвартiсть робгт, що виконуються.
2. Енергетичнi можливосп газових струмен1в при використаннi газу вище, оскшьки в цьому разi при другорядних однакових умовах кшьшсть робочого тша на 11-12 % бшьше, шж у випадку викори-стання бензину.
Лкш, Лтепл
0,75
0,25
0
Лтепл Лк1н 3 Г 2 Г
0,7
Р \07
/ \_3_ 2
0,5
1,5
2,5 Рк, МПа
Рис. 2 - Кривi розподшу наявног енергИ на зрШ сопла на Лк1н та Лтепл залежно в
(цифрами на кривих наведено значення О, т)
залежно вiд О т та Рк
«ШУШ(ШШиМ-Ши©Ма1> #5164)), 2023 / TECHNICAL SCIENCE
37
Таблиця 3
Параметри газових струмемв на виходi з реактивного сопла_
Рк, МПа ат Тк, °К W "а , м/с Т а та W а = f ( Рк ) Т а та W а = f ( Рк ) MF, г/см2
Т а W а Т а W а
0,18 0,7 1729 843 1,00 1,00 0,832 0,956 14,51
0,9 1976 876 1,00 1,00 0,951 0,993 13,99
1,0 2078 882 1,00 1,00 1,000 1,000 13,82
1,2 1831 828 1,00 1,00 0,881 0,938 14.79
1,5 1578 765 1,00 1,00 0,759 0,867 15,99
2,0 1293 692 1,00 1,00 0,622 0,784 17,77
3,0 986 603 1,00 1,00 0,474 0,683 20,47
0,5 0,7 1391 1325 0,804 1,570 0,818 0,949 40,30
0,9 1613 1375 0,816 1,570 0,939 0,985 38,87
1,0 1704 1395 0,820 1,581 1,000 1,000 38,39
1,2 1484 1300 0,810 1,570 0,870 0,932 41,08
1,5 1269 1202 0,804 1,570 0,744 0,861 44,43
2,0 1021 1083 0,789 1,565 0,599 0,776 49,38
3,0 769 941 0,779 1,560 0,451 0,674 56,85
1,0 0,7 1201 1531 0,694 1,816 0,806 0,947 80.61
0,9 1404 1592 0,710 1,817 0,942 0,985 77,74
1,0 1490 1616 0,717 1,832 1,000 1,000 76,78
1,2 1287 1503 0,702 1,815 0,863 0,930 82,16
1,5 1096 1389 0,694 1,815 0,735 0,859 88,86
2,0 870 1248 0,673 1,803 0,584 0,772 98,76
3,0 650 1083 0,659 1,796 0,436 0,670 113,71
1,5 0,7 1101 1628 0,636 1,932 0,799 0,946 120,92
0,9 1295 1695 0,655 1,935 0,939 0,985 116,61
1,0 1378 1721 0,663 1,951 1,000 1,000 115,17
1,2 1183 1600 0,646 1,932 0,858 0,930 123,24
1,5 1005 1477 0,637 1,931 0,729 0,859 133,29
2,0 792 1325 0,612 1,915 0,574 0,772 148,15
3,0 589 1149 0,597 1,905 0,427 0,670 170,57
2,5 0,7 988 1733 0,571 2,055 0,791 0,945 201,53
0,9 1169 1805 0,591 2,061 0,936 0,984 194,35
1,0 1249 1834 0,601 2,079 1,000 1,000 191,95
1,2 1064 1704 0,581 2,058 0,852 0,929 205,40
1,5 901 1572 0,571 2,055 0,721 0,857 222,16
2,0 704 1408 0,544 2,034 0,563 0,767 246,90
3,0 521 1219 0,582 2,021 0,417 0,664 284,28
Список литературы:
1. Zagrebelnaja L. I. Reactive burner as power source in the technological processes of hard rock dislocation / L. I. Zagrebelnaja // Annals of University of Petrosani-Romania. Mechanical Engineering. - 2002. -vol 1
2. Загребельна Л.I. Дослвдження термоди-HaMi4Hrn napaMeTpiB газоструминного генератора з попереднш пiдiгрiвом повггря / Л.1. Загребельна, О.В. Кобець // 1нтегроваш технологii та енергозбе-реження. - Хaркiв: НТУ <ХП1>, 2017. - с.46-52.
