Научная статья на тему 'О влиянии конструктивных и режимных параметров на тепло- и массообмен в низкотемпературном газогенераторе'

О влиянии конструктивных и режимных параметров на тепло- и массообмен в низкотемпературном газогенераторе Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
80
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР / LOW-TEMPERATURE GASIFIER / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / MATHEMATICAL MODEL / ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД / NUMERICAL METHOD

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Кириллов Валерий Владимирович

Предложена математическая модель низкотемпературного газогенератора. Разработан численный метод решения краевой задачи. Результаты расчётов сравнены с экспериментальными данными. Выяснено влияние конструктивных и режимных параметров на изменение температуры, давления, расхода, скорости разложения охладителя.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON THE INFLUENCE OF DESIGN AND OPERATIONAL PARAMETERS FOR HEAT AND MASS TRANSFER IN THE LOW-TEMPERATURE GASIFIER

A mathematical model of the low-temperature gasifier. A numerical method for solving the boundary value problem. The results of calculations are compared with experimental data. The influence of the design and operational parameters to changes in temperature, pressure, flow rate, the rate of decomposition of coolant.

Текст научной работы на тему «О влиянии конструктивных и режимных параметров на тепло- и массообмен в низкотемпературном газогенераторе»

УДК 519.6:536.24

О ВЛИЯНИИ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ

НА ТЕПЛО- И МАССООБМЕН В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ГАЗОГЕНЕРАТОРЕ

КИРИЛЛОВ ВВ.

Южно-Уральский государственный университет (НИУ), 454080, г. Челябинск, проспект им. В.И. Ленина, 76

АННОТАЦИЯ. Предложена математическая модель низкотемпературного газогенератора. Разработан численный метод решения краевой задачи. Результаты расчётов сравнены с экспериментальными данными. Выяснено влияние конструктивных и режимных параметров на изменение температуры, давления, расхода, скорости разложения охладителя.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: низкотемпературный газогенератор, математическая модель, численный метод. На рис. 1 представлена схема низкотемпературного газогенератора (НТГГ) [1].

А

эоо

ООО ООО ООО ООО

ООО ООО ООО

ООО ООО ООО ООО ООО

ООО ООО |ооо

-ф-

ооо

ООО ООО ООО

осс

ООО ООО |ооо

—Ф--

ооо

ООО ООО ООО ООО

ООО ООО ООО

ООО ООО

ооо

ООО ООО

ООО ООО ООО

ООО ООО ООО ООО ООО

ООО ООО ООО

ООО ООО ООО ООО ООО

1 - пиропатрон; 2 - воспламенитель; 3 - камера сгорания; 4 - твёрдое топливо; 5 - газоход; 6 - камера охлаждения; 7 - кассета с охладителем; 8 - кольцевой канал

Рис. 1. Схема газогенератора

Работа НТГГ осуществляется следующим образом. Пиропатрон запуска 1 зажигает воспламенитель 2, воспламеняющий в свою очередь заряд 4 в камере сгорания 3. Продукты сгорания через сопловые отверстия газохода 5 поступают в кассеты с охладителем 7, где и протекает процесс разложения последнего. Охлаждённый газ поступает в кольцевой канал 8 камеры охлаждения 6. Из камеры 6 газ через фильтр, коллектор и выходной патрубок поступает к потребителю.

Экспериментальные исследования [1] показали наличие заметных отклонений в характере изменения температуры (рис. 2) и давления (рис. 3) на выходе из НТГГ. Данное обстоятельство может быть вызвано как погрешностями проведения экспериментов, так и отклонениями размеров конструктивных элементов НТГГ.

Расчёты позволили выявить влияние геометрических характеристик на характер протекающих процессов, влияние теплообмена газа с элементами конструкции. А также получить информацию о распределении параметров процесса по длине элементов НТГГ в различные моменты времени.

СЗ

а

£ а <и С

350

300

250

Г 3

2

50 40

&

30

о/ в и

ё 20 «

л ч

10

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6

время, с

Рис. 2. Изменение температуры на выходе из НТГГ

4,0

0

3

2

/ 1

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

время, с

Рис. 3. Изменение давления на выходе из НТГГ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КАССЕТНОГО НТГГ

Для анализа рабочих процессов в НТГГ применялась одномерная математическая модель [2]. Математическая модель камеры сгорания (КС) включает в себя уравнения рабочих процессов в воспламенителе, переднем объёме, канальной части с шашками топлива и в выходном объёме. Рабочие процессы в воспламенителе, переднем и выходном объёмах камеры сгорания описываются в рамках термодинамических математических моделей, включающих в себя уравнения баланса массы, энергии смеси газов, уравнения баланса массы компонентов газовой смеси, уравнения теплопроводности стенок. Газовую смесь в КС можно разделить на неконденсирующиеся (НК) продукты сгорания топлива (ПСТ) и воспламенителя (ПСВ), такие, как углекислый газ, окись углерода и т.п., воздух и водяной пар. Предполагается, что все компоненты газовой смеси с достаточной точностью подчиняются уравнению состояния идеального газа.

Процессы течения продуктов сгорания в канальной части описываются системой одномерных уравнений неразрывности, количества движения и энергии газовой смеси, а также одномерными уравнениями баланса массы компонентов смеси. Температурное поле в шашке топлива рассчитывается по одномерному уравнению теплопроводности для области с движущимися границами. Распределение температуры в стенке определяется из решения одномерного уравнения теплопроводности. Систему уравнений неразрывности, импульса и энергии газовой смеси в элементах НТГГ можно записать в векторном виде

ЭФ ЭУ ^

--1--= р .

Эх Эх

(1)

В камере сгорания

Р кс S кс

Ф

^с Ркс e кс S кс

; У

Gъ.

G2

кс кс

e =c T

кс Укс кс 2

+ п Д

Г! г к^кс

Р кс Д кс

^ 1 с

Gкс екс Ркс Д кс ^

; р

и т р т П,

тг т т

G2 п

1 кс П экв 8S 12сркс

г

т т т т

-X

Р т и т К Пт - 0 Окс =акс (Ткс - Тте,кс )П№,кс .

Эркс Sкс 8кс,п , ЭGкс 8кс,п _ р ТГ Р ■

- Н I = итр тл трп т,

Эх

Эх

ЭрксSкс8кс,в . ЭGкс

Н

Эх Эх

Эркс Sкс 8 кс,т , ЭGкс 8

0;

кс кс кс,т кс кс,т

н--— = и.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Эх Эх

Ркс =ркЛ/кс;

р тпт (1 -рп,т);

ЭТ.,

а,,

э г эттем^

^ w,м

Эх

г Эг

Эг

ЭЛЯТтг _ ат Э2Ттг Э[(1 - 2у)итТтг - атТт]

Эх

у

ЛЯ Эу2 г - Я (х). ЛЯ '

-+

Эу

ЛЯ = Я2 (х)-Я1 (х).

+ ЧугЛЯ;

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

В (1) - (9) р - плотность; G - расход; р - давление; Т - температура; S - площадь свободного сечения; ^ - скорость; К - энтальпия; и - скорость горения; П - периметр; О - тепловой поток; ^ - массовая доля; Р - массовая доля водяного пара в продуктах

сгорания топлива; Я - газовая постоянная; а - коэффициент теплоотдачи; су - удельная теплоёмкость при постоянном объёме; а - коэффициент температуропроводности; Я1, Я2 -внутренний и наружный радиусы шашки топлива; X - коэффициент гидравлического сопротивления; х - время; х - продольная координата; г - радиальная координата; индексы: кс - камера сгорания; т - топливо; п - водяной пар; в - воспламенитель; w - стенка; м - металл.

Процессы тепло- и массообмена в кассетах с охладителем описываются одномерными уравнениями, полученными путём осреднения по ширине кассеты двумерных уравнений движения вязкого теплопроводного газа в цилиндрических координатах. Охладитель в кассетах находится в виде цилиндрических гранул, полученных прессованием из порошка.

ЭФ ЭУ

Эт+Эг = р. (10)

Эх Эг

Векторы Ф, У, р имеют следующий вид.

" р i Si' " " G1 ~

Ф = G1 ; У = Giуi + РiSi ; р

р^Д' Giei - РгД\У1 _

Sip1 ^ пэфф

Пэкв jm Пэкв ¿с 2

/ + SiViJm - Д ^¿с

8Si р г - П ] К + П ] г

^ экв./ т я экв./ с я

; (11)

Эр Д &,п , о ' • р е ' •

+ - = SiJmРх ;

Эх

Эг

(12)

г

г

эРД ' + ЭО,-&,т = 0_

Эх

Эх

+ -

Эг

Э<О^

Эг

= %' ]т (1 -р х);

w,г

а

г-1 (Тг'-1 МУ,, , аг' (Тг'

йх

+ -

См Р м

(13)

(14)

(15)

См Р м Vw

5' = 2рг/е.

В уравнениях (10) - (15) г - номер кассеты; е - пористость слоя гранул; Рх - массовая доля водяного пара в продуктах разложения охладителя; ]т - плотность потока массы продуктов разложения охладителя; ]с - плотность потока массы конденсации водяного пара; г, - теплота парообразования; / - ширина кассеты; V - скорость; Пэфф - эффективный

гидравлический периметр кассеты; V - объём; индексы: х - охладитель.

Неконденсирующиеся газы в смеси подчиняются уравнению состояния идеального газа. В процессе охлаждения продуктов сгорания водяной пар может конденсироваться как в объёме потока, так и на стенках кассеты. В связи с этим водяной пар может находиться близко к линии насыщения, поэтому его состояние не соответствует уравнению состояния идеального газа и должно определяться по уравнениям [3].

В газоходе и кольцевом канале векторы Ф, F имеют следующий вид.

Ф

" " " О ' " 0 " pw 2 П Х 8 - ПwЧw

О ; У = Оw + ; ? =

ре5 Ое + pwS

ЭpSg} +

= 0, ] = в, т, п, х.

(16)

(17)

Эх Эх

Температурное поле в стенке описывается уравнением теплопроводности вида (8) с граничными условиями третьего рода.

Начальные условия системы уравнений определяют значения температуры, расхода и давления в начальный момент времени. Температура всех элементов одинакова и равна некоторой начальной температуре Т0 . Давление во всех точках НТГГ равно начальному р0,

расход равен нулю. Массовые доли продуктов сгорания воспламенителя, топлива и продуктов разложения охладителя равны нулю.

Рассмотрим постановку граничных условий. На входе в канальную часть КС

К

кс1

К

кс1

1

ДксЛс! (х) :

К

Ркс (х,0) + Рк

^ (х,0).

Ккс -1 Ркс1 (х)

2

с1 (х) = Ркс (х,0)+Ркс (х,0К2с (х,0);

(18)

(19)

(20)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

gкс,п (х,0) = gкс1,п (х) ; gкс,в (х,0) = gкс1,в (х) .

В (18) - (20) К = ср!су; индекс кс1 обозначает параметры переднего объёма КС. На входе в газоход

Ркс 2(х)=Рг (х,0)+АРвх; ¿кс2(х)=Лг(х,0); ^кс2 = Ог(х,0);

gкс2,п (х) = gг,п (х,0); gг,н (х,0) = gкс2,в (х)+ gкс2,т (х)• (21)

В (21) индекс кс2 обозначает параметры выходного объёма КС.

На входе в кассеты из газохода поток газа разветвляется. Часть газа входит в кассету, часть газа проходит дальше в газоход. Схема потоков представлена на рис. 4. В соответствии со схемой

Gt,Í-\

Си G,

G

r,¡'+l

G.

í+i G

r,¿+2

1 i i-1

-►

г'+i

Рис. 4. Расчётная схема потоков в газоходе

GTi+i = Gr,, - G,; Ki+i = К,,; Pr,,+1 = Pri- 4p

S гн,г+1 = g гн,г '

S гп,,+1 = S г

(22) (23)

Здесь Gi - расход газа в /-ю кассету; Gг,i, Gг,i+1 - расходы газа в газоходе до и после

точки разветвления; кг/+1, кг/ - энтальпия газа до и после точки разветвления;

Ет,1Н1, Ет,1 , 8гн,/+1, &гн,/- - массовые доли водяного пара и НК газов в газоходе до и после

точки разветвления; ргг-, ргг+1, Лр1 - давление газа до и после точки разветвления, а также

потери давления при переходе через точку разветвления. Индекс г означает параметры газохода. На входе и выходе 1-й кассеты

Gt =

N,S о

кг -1

Pr,,Pr

P. (0) 1 кг (P, (0)

кг +1

Pr,i

Pr,i

P(0)> г

Pri

V kr + 1 y

nA

f o

V kr +1 y

—л Pr,,Pr,, ,

P, (0)

<

kr -1

kr + 1 ' ' Pri V kr + 1 y

h (o)=K,;

S,,п (t, Rbh ) Sгп,г ; g,,т (t, Rbh ) Sгн,г ; Si,x (t, Rbh ) 0 •

(24)

(25)

(26)

G В

II ВЫХ S

rW иотв.

2k,

k -1

P,P,

A kí+1

^- V Г P ^ k,

, y

, y

>

k +1

V y

вых o r^z отв

Г 2 ^ k -1

V kr +1 y

2k, PK ^

Т+Тл P'P', <

k, +1 P,

^ ^ ^k, -1

V k +1 y

(27)

В (26), (27) Явн - внутренний радиус кассеты; р1, рк - давление на выходе из 1-й кассеты и давление в кольцевом канале в точке слияния, соответственно; к1, рг- - отношение теплоёмкостей и плотность на выходе из 1-й кассеты. В кольцевом канале потоки газа из кассет смешиваются с газом в канале. Схема потоков газа изображена на рис. 5. В соответствии со схемой

и

Gk,Í+21 1 G i+1 <-•<-—

А

1 GKJ i-1 GK,„!

m<——+*——

n

G.

j+1

G,

Cu

Рис. 5. Схема потоков в кольцевом канале

2

k

г

k

2 kr -1

r

k

r

2

k

K

K

K

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

k

Ок,,+1 = 0К; + ; К;+10К1+1 = + И1С1; рК1+1 = рК1 - Ар,; (28)

8ч,/+1°к,/+1 = 8куОк,, + , п х (29)

Здесь И,, О,, , , gui - энтальпия, расход, массовые доли НК газов ПСТ и ПСВ,

НК газов продуктов разложения охладителя, водяного пара на выходе из 1-й кассеты. Индекс к означает параметры кольцевого канала.

Расход из кольцевого канала к потребителю определяется по формулам

О„

т вых ^вых.

к -1

Рк Рк

2

( ро ' к ро 1

V рк ) рк )

к+1

к

к

Р0 > ( 2 ^к-1

Рк V к + 1)

(30)

т вых ^вых

-2-1к-1 \22 рр Ро <_

к +1) п + рк~Vк +1

к

2 ^ к—1

Здесь Рк , рк - плотность и давление на выходе из кольцевого канала, р0 - давление у потребителя.

ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Система уравнений состоит из обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных. Для численного интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений применялся метод Рунге-Кутты 4-го порядка. Для решения уравнений в частных производных применялся метод конечных разностей. Краевая задача решалась ортогональной прогонкой [5].

Уравнения неразрывности, количества движения и энергии аппроксимируются неявными разностными схемами и приводятся к векторным уравнениям вида [4]

С.

А -уШ + 1 _ Т> уШ-1

АпУп пп-11п-1

(31)

Здесь Ап, Вп-1 - матрицы 3 х 3, У = |О, р, Т| , Сп - вектор размерности 3. Граничные условия на входе в КС преобразуются к виду

А1У1т+1 = С1, (32)

А1 - матрица размерности 2 х 3, С1 - вектор размерности 2.

В КС и газоходе дифференциальные уравнения аппроксимировались на разностной сетке, конструкция которой представлена на рис. 6. Узел М - последний узел КС, узел М +1 - первый узел газохода. Газоход разделён на отрезки, количество которых равно числу кассет +один, каждый из которых содержит по несколько узлов.

1 КС

N

М М + 1

Рис. 6. Разностная сетка в КС и газоходе

Первые три условия перехода от КС к газоходу (22) в разностной аппроксимации имеют следующий вид.

УМ1+1 = аУМ+1 + С, (33)

где а - квадратная матрица 3 х 3, а % - вектор размерности 3. Условия перехода в газоходе (23) в разностной аппроксимации также могут быть представлены в виде

(34)

у т+1 = а Ут+1 + с 1Ni —Kxi1Ni +1 ^ К, ■

т+1

1

В конце газохода граничное условие записывается в виде

Он = 0. (35)

Краевая задача для КС и газохода решается ортогональной прогонкой.

Уравнения (10) - (12) аппроксимируются аналогично уравнениям КС и газохода и приводятся к виду (31). Граничные условия (24), (25) преобразуются к виду (32), условие (27) преобразуется к виду [4]

ВмУГ1 = Сн (36)

где Вм - матрица 1 х3, См - скаляр. Решение уравнений кассет выполняется

последовательными приближениями, аналогично решению задачи для КС и газохода, после чего решаются уравнения баланса массы компонентов газовой смеси. Затем рассчитываются расходы на выходе из кассет по формулам (27).

После расчёта кассет с охладителем решаются уравнения математической модели кольцевого канала. Конструкция разностной сетки для кольцевого канала аналогична конструкции сетки в газоходе.

В узлах стыковки кольцевого канала с кассетами граничные условия (28) в разностной аппроксимации преобразуются к виду (32), а условия (29) записываются следующим образом.

™+1 окьМ +1

и+^ш+К т+1^~< т+1 § к], Мг°к,Мг + § ],1

ш+1

°к,М +1

, ] = т,п,х.

(37)

Граничное условие на выходе из кольцевого канала (30) приводится к виду (36). Краевая задача решается ортогональной прогонкой.

На рис. 7 - 14 представлены результаты расчётов режимов 1 - 3.

450

«

Й 400 а

& 350

о

С

£ 300

250

]

эксш :римент

1— расчет

1

0,4

0,8

1,2

2,4

2,8

3,2

1,6 2,0 время, с — эксперимент — расчёт Рис. 7. Изменение температуры на выходе из НТГГ (режим 1)

3,6

4,0

р 30

а

Ю

,е 20

и

н

е Ч 10

в

а

Ч. 0

расчет

экспери мент

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

время, с

-эксперимент -расчёт

Рис. 8. Изменение давления на выходе из НТГГ (режим 1)

«

^ 400 а

ет

а 350 «

с

51 300 н

250

расчет

экс перимент

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

время, с — эксперимент — расчёт Рис. 9. Изменение температуры на выходе из НТГГ (режим 2)

экспери мент

расчет

2,8

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4

время, с

-эксперимент -расчёт

Рис. 1. Изменение давления на выходе из НТГГ (режим 2)

3,2 3,6 4,0

э ссперимен т

расчет

У

0,4

0,8

1,2

2,8

3,2

1,6 2,0 2,4

время, с — эксперимент — расчёт Рис. 11. Изменение температуры на выходе из НТГГ (режим 3)

3,6 4,0

расчет

^экспер! шент

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

время, с

-эксперимент -расчёт

Рис. 12. Изменение давления на выходе из НТГГ (режим 3)

0

0

0

В расчётах выявлен рост температуры в начальный период работы длительностью 0,2 с. В экспериментах использовалась термопара с постоянной времени 0,8 с, что не позволило зафиксировать подъём температуры в начальный момент, вызванный горением воспламенителя. Во всех вариантах после первой секунды процесса разброс значений температуры находится в пределах 15 К. Качественные и количественные различия изменения температуры наблюдаются на начальной стадии работы НТГГ.

На рис. 13, 14 показано изменение температуры, расхода и потока массы продуктов разложения охладителя по радиусу кассет в различные моменты времени. Расчёты показывают, что различие в параметрах кассет проявляется в пределах 0,1 с после начала. После этого значения расходов, температур, давлений, потоков массы охладителя в кассетах практически одинаковы. Данное обстоятельство позволяет уменьшить объём вычислительной работы, считая кассеты идентичными.

узлы сетки по радиусу — 1—2 — 3 — 4 — 5—6—7

Рис. 13. Изменение температуры по радиусу кассет в момент времени 0,01 с

0,07 г

. 0 06 -------

0 -

1 3 5 7 9 11 13 15

узлы сетки по радиусу

— 1—2 — 3 — 4 — 5—6 — 7

Рис. 14. Изменение расхода по радиусу кассет в момент времени 0,01 с

На рис. 15 показано влияние учёта теплообмена газа с элементами конструкции в КС, газоходе, кассетах и кольцевом канале на характер изменения температуры на выходе из НТГГ.

Расчёты показывают, что пренебрежение теплообменом увеличивает температуру газа на 10... 12 К. Время расчёта при этом уменьшается незначительно.

На рис. 16 - 20 показано влияние геометрических параметров НТГГ на характер изменение температуры и давления на выходе.

« Л

ЁГ

ев

Л Щ

С

<и н

450

400 350

300

250

без тепле обмена

с теплоо бменом

1

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

время, с

— с теплообменом — без теплообмена Рис. 15. Влияние теплообмена на изменение температуры на выходе из НТГГ

а

ев

ю <и

£

О

ч и

ев

40 30 20 10 0

d=1.5

d=1.7

d=2.0

0

0,8

1,6 2,4 3,2

время, с

4

4,8

5,6

— <1=1.5 мм — с!=1.7 мм — (1=2.0 мм Рис. 16. Влияние диаметра отверстий в газоходе на величину давления на выходе

d=17 d=21

d=25

0

0,8

3,2

4

1,6 2,4

время, с

— <1=17 мм — с1=21 мм — (1=25 мм Рис. 17. Влияние диаметра входа в газоход на изменение температуры на выходе

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4,8

а

ев

ю

<и 5 I

(и ч

И

ев «

45 36 27 18

9 0

d=17

d=21

d=25

0,8 1,6 время, с 2,4 3,2 4

— <1=17 мм —<1=21 мм —(1=25 мм Рис. 18. Влияние диаметра входа в газоход на изменение давления на выходе

4,8

0

40

р ев 30

ю

,е 20

X

е

в 10

ев

0

0,8

1,6 2,4

время, с

3,2

4

5,2

— с1=16 мм — с1=18 мм — <1=20 мм Рис. 19. Влияние диаметра патрубка на изменение температуры на выходе

а=1б

^---- а=18

0,8

1,6 время, с 2,4

3,2

4

5,2

— <1=16 мм —¿=18 мм —с1=20 мм Рис. 20. Влияние диаметра патрубка на изменение давления на выходе

0

0

Расчёты показывают, что изменение диаметров отверстий в стенке газохода, на входе в газоход и выходе из коллектора практически не влияют на величину температуры. Однако эти изменения очень сильно влияют на характер и величину изменения давления как в КС, так и на выходе из НТГГ. Изменение давления в КС существенно зависит от диаметров отверстий в стенке газохода и диаметра входа в газоход, что приводит к значительному изменению времени горения топлива. Изменение диаметра выходного патрубка практически не влияет на давление в КС и время работы НТГГ.

ВЫВОДЫ

1. Разработанные математические модели элементов НТГГ кассетного типа на основе одномерных уравнений неразрывности, количества движения, энергии качественно и количественно правильно описывают процессы в НТГГ с камерой охлаждения.

2. Разработан экономичный численный метод расчёта, обладающий высокой вычислительной производительностью.

3. Результаты расчёта показали, что расчётные значения температуры на выходе из КО качественно и количественно согласуются с имеющимися экспериментальными данными. Исследовано влияние геометрических параметров НТГГ на характер протекания процессов тепло- и массообмена. Отмечена высокая чувствительность результатов расчёта к изменению геометрических характеристик. Особенно велико влияние геометрических параметров на изменение давления.

4. Получена информация о характере изменения температуры, расхода, давления по длине элементов НТГГ и во времени, что позволяет глубже оценить влияние конструктивных и режимных факторов на процессы течения и теплообмена.

5. Выявлено слабое влияние учёта теплообмена газа с элементами конструкции в математической модели, что объясняется малым временем работы.

Материалы статьи докладывались на Восьмой Всероссийской конференции «Внутрикамерные процессы и горение в установках на твердом топливе и ствольных системах (ICOC'2014)».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Низкотемпературные газогенераторы на твёрдом топливе / Ваулин С.Д., Калинкин А.М., Ковин С.Г., Марьяш В.И., Симонов Е.А., Феофилактов В.И. / под общ. ред. ак. А.М. Липанова. Ижевск : ИПМ УрО РАН, 2006. 236 с.

2. Численный эксперимент в теории РДТТ / Липанов А.М., Бобрышев В.П., Алиев А.В. и др. Екатеринбург : УИФ «Наука», 1994. 303 с.

3. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров А. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара М. : Издательство стандартов, 1969. 408 с.

4. Кириллов В. В. Расчётно-теоретическое исследование процессов тепло- и массообмена в низкотемпературных газогенераторах // Химическая физика и мезоскопия. 2008. Т. 10, № 4. С. 428-435.

5. Самарский А. А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М. : Наука, 1978. 592 с.

ON THE INFLUENCE OF DESIGN AND OPERATIONAL PARAMETERS FOR HEAT AND MASS TRANSFER IN THE LOW-TEMPERATURE GASIFIER

Kirillov V.V.

South Ural State University (National Research University), Chelyabinsk, Russia

SUMMARY. A mathematical model of the low-temperature gasifier. A numerical method for solving the boundary value problem. The results of calculations are compared with experimental data. The influence of the design and operational parameters to changes in temperature, pressure, flow rate, the rate of decomposition of coolant.

KEYWORDS: low-temperature gasifier, mathematical model, numerical method.

Кириллов Валерий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры "Двигатели летательных аппаратов"ЮУрГУ, тел. +7-9127741611, e-mail: valery.v.kirillov@gmail.com

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.