VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

На основании термодинамического анализа процессов тепломассопереноса в газогенераторе и термодинамического анализа совместной работы камеры сгорания и сопла газогенератора разработан алгоритм определения основных параметров газогенератора, реализация которого позволяет оптимизировать рабочего процесса газогенератора;даны оценки и определены параметры рабочего процесса ГРТ; даны оценки и определены количественные характеристики генераторного газа [1,2].

Рабочий процесс газогенераторов должен обеспечить устойчивое воспламенение и горение, нагрев избыточного компонента с образованием низкотемпературного газа. Алгоритм моделирования термодинамических процессов тепломассопереноса в газогенераторе, работающем на твердом топливе, состоит из трех этапов.

На первом этапе рассматривается рабочий процесс газогенератора, который реализуется по двухзонной схеме. В первой зоне рассматриваются в приближении теплового и химического равновесия. Задаются значения температура процесса воспламенения и устойчивого горения Т₁,коэффициент избытка воздуха принимают равным a =1 (рисунок 1, 2).

Во второй зоне подается добавочное количество воздуха m_бнизкой температуры и продуктами сгорания первой зоны, замедляется настолько, сохраняют свой состав в дальнейших обменных процессах и приобретают инертность по отношению к избыточному количеству воздуха.

Рис. 1 Схема ГРТ: 1 – камера сгорания, 2 – сопло, 3 – подача воздуха, 4 –загрузка топлива, 5 – устройство розжига

Задача термодинамического расчета сводится к определению соотношения дополнительного расходавоздуха g и топлива при заданной температуре продуктов газогенерации Т_к. Соотношение расходов g и температура Т_к при этом связаны уравнение сохранения энергии.

В расчетах задается температура процессе газогенерации топлива Т_ки температура воздуха Т₂ , подаваемого во второй зоне, по значениям которых определяют добавочное количество воздуха, а затем определяют соотношение компонентов топливо - воздух в ГРТ.

Рис. 2 Алгоритм расчета параметров ГРТ

Скорость химических реакций между поступившим воздухом и продуктами сгорания топлива замедляется настолько, что продукты сгорания могут сохранять свой состав в дальнейших обменных процессах и приобретают инертность по отношению к избыточному количеству воздуха. Рабочий процесс во второй зоне сводится к смешению продуктов сгорания топлива, поступивших из первой зоны, с подаваемым во вторую зону воздухом. Рассмотренная двухзонная схема рабочего процесса обеспечивает химически неравновесное содержание компонентов смеси в выходном сечении газогенератора.

На втором этапе моделирования оценивается изменение параметров процесса сгорания ГРТ. Определяется время процесса газогенерации топлива и приведенная длина камеры ГРТ.

На третьем этапе моделирования термодинамическим расчетом процесса определяются характеристики продуктов сгорания, как результат сложного параллельно-последовательного процесса преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию рабочего тела.

Заряд ТТ имеет переменную площадью поверхности горения F_Г по толщине сгоревшего слоя топлива х. Изменение во времени количества генерируемого газа ГРТ зависит от изменения во времени толщины сгоревшего слоя топлива. Система ГРТ реагирует на возмущение так, чтобы вернуться в исходное равновесное состояние.

Расчеты показали, что давление в камере, расход продуктов сгорания, пустотная тяга и температура продуктов газогенерации определяются из отношений начального к конечному давления, расхода, тяги и температуры и возрастают в 4 раза, кроме температуры. Температура продуктов газогенерации в выходном сечении сопла Т_а остается постоянной, так как не изменяется температура торможения в камере Т_к* и остается постоянной газодинамическая функция давления τ, которая для данного значения показателя адиабаты k зависит только от геометрической степени расширения.

Литература

1. Салова Т.Ю., Молчанов О.Г. Энергетические комплексы с использованием газогенерации твердого топлива //Известия СПбГАУ. - СПб. – 2011. -№22. - С.331-336.

2 Салова Т.Ю., Молчанов О.Г. Разработка методики оценки процессов массопереноса в газогенераторе твердых топлив //Известия СПбГАУ. – СПб – 2012. -№ 27. - С.304-307.

Код для цитирования: Скопировать