автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Исследование влияния термоакустических колебаний, генерируемых в трубе Рийке, на слоевое горение твердых горючих веществ

Перечень условных обозначений, сокращений и индексов . . к

Введение.б

1. Состояние проблемы исследований. ...

1.1.Обзор научно-технической литературы по проблеме сжигания твердых веществ в трубе Рийке.

1.2. Постановка задачи исследования.

2. Математическая модель отыскания зон горения, соответству- - . 2А ющих колебаниям газовой среды с максимальной амплитудой.

3. Разработка и создание испытательного стенда.

3.1.Выбор схемы и создание экспериментальной установки.

3.2 Система измерения сигналов.

3.2.1. Средства и методика измерения пульсаций акустического давления. ., ЪЪ

3.2.2. Средства и методика измерения температуры. . . - . 2,

3.2.3. Средства и методика измерения состава газового отхода. . . 2(5"

3.2.4. Система обработки исследуемых сигналов. .. .4«?

4. Экспериментальные исследования и анализ влияния параметров термоакустических колебаний на механизм слоевого горения кусковых твердых горючих веществ Рекомендации для проектирования топочных устройств шахтного типа, основанных на эффекте Рийке. „.Б\

4.1. Планирование, подготовка и проведение эксперимента. - . 5а

4.1.1. Планирование эксперимента. .'

4.1.2. Подготовка и проведение эксперимента, - . . . . . . 5'А/ 4.1.3.Оценка погрешности результатов измерений. . .6а

4.2. Анализ результатов экспериментальных исследовании.

4.3.Рекомендации для создания топочных устройств шахтного типа, основанных на эффекте Рийке. }В

4.4.0пытно - промышленная установка, работающая по принципу эффекта Рийке.

Исследование неустойчивого режима работы камер сгорания различных теплоэнергетических установок - одна из актуальных задач. Неустойчивое горение топлива в камере сгорания является нежелательным явлением, которое может привести к сильной вибраций двигателя, механическим поломкам агрегатов двигателя и летате.пьного аппА)ата, разрушению камеры сгорания и т.д. Несмотря на то, что проблема устойчивости рабочего процесса в камере сгорания постоянно находится в центре внимания исследователей, в настоящее время проблема в целом еще не решена.

С другой стороны, вибрационное горение более интенсивный процесс. Результаты большого числа исследований показывают, что вибрационное горение влияет на теплонапряженность камеры сгорания, полноту сгорания, конвективный теплообмен. В режиме вибрационного горения вышеуказанные параметры довольно существенно улучшаются. Очевидна перспектива практического использования особенностей вибрационного горения в тепловых установках для сжигания твердых углеводородных топлив, в том числе альтернативных топлив (промышленных отходов). В то же время следует отметить, вышеотмеченные преимущества наблюдаются не во всех случаях проявления неустойчивого горения. Необходимо искать различные методы управления виброгорением. Управление режимами неустойчивого горения - задача сложная и нерешенная.

В современных энергетических установках интенсификация процесса горения осуществляются следующими методами: применением специальных тяго-дутьевых устройств, выбором оптимальной конструктивной схемы, воздействием на зоны горения колебаниями разных частот и др. Однако, эти методы усложняют конструкцию топок, не всегда достигается желаемый эффект. Поэтому важнейшее направление в решении этой проблемы - это разработка и создание таких теплоэнергетических установок, в которых простота и надежность конструкции сочетались бы с высокой теплонапряженностью камеры сгорания, полнотой сгорания топлива, низкой концентрацией канцерогенных веществ в газовом отходе.

Наиболее перспективными яв.пяются теп. поэнергетические установки (топочные устройства), в которых реализовывается вибрационное горение.

Вибрационное (пульсирующее) горение принципиально новый вид горения, позволяющий сжигать твердые горючие вещества (уголь, дрова, производственные отходы) малозатратными средствами без привлеченья дутья и с экологически чистым выбросом газовых отходов. Известно , что ряд опытов /12,13,64/, поставленных на промышленных топках, показал большую перспективность создания топок вибрационного горения.

В акустической лаборатории им А.С.Фигурова Казанского ФВАУ накоплен большой опыт в области изучения, разработки и создания устройств пульсирующего горения, работающих на различных отходах. Сотрудниками лаборатории разработаны и созданы различные топочные устройства для сжигания жидких, газообразных и твердых отходов, которые внедрены в различные области народного хозяйства.

Однако, большой спектр промышленных отходов, подлежащих термическому обезвреживанию, накладывает ряд дополнительных особенностей на физику горения. Изучение горения нестандартных альтернативных топлив (отходов) в пульсирующем режиме в настоящее время является одной из актуальных задач.

В данной работе приведены результаты исследования влияния термоакустических колебаний, генерируемых в трубе Рийке, на горение кусковых отходов резино-технических изделий.

Исследования проводились с целью разработки рекомендаций, необходимых для проектирования топочных устройств шахтного типа.

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в том, что:

1. На основе обобщения литературных сведений найдена и оптимизирована схема установки, основанная на эффекте Рийке.

2. Экспериментально установлено влияние амплитуды основной моды колебания на механизм горения отходов резино-технических изделий.

3. Исследовано влияние сочетания различных мод клебаний на механизм горения отходов резино-технических изделий и объяснена физика процесса горения.

4. Установлены общие физические принципы, характерные установкам шахтного типа.

5. Разработаны рекомендации по проектированию опытно-промышленных установок для термического обезвреживания отходов резино-технических изделий.

Автор защищает:

1. Результаты исследований влияния параметров акустических пульсаций на механизм горения отходов резино-технических изделий.

2. Рекомендации по проектированию установок шахтного типа, работающих на эффекте Рийке.

3. Экспериментальный стенд.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Во введении рассмотрена актуальность представленной работы и дана ее краткая характеристика. Первая глава посвящена обзору литературы по существующим топочным устройствам, дана оценка состояния проблемы на данный момент и определены цели, задачи работы. Вторая глава посвящена разработке математической модели отыскания зон горения в выбранной схеме установки, соответствующих колебаниям газового столба с максимальной амплитудой. В третьей главе описан испытательный стенд, включающий экспериментальную установку, системы измерения и обработки сигналов. Четвертая глава включает в себя экспериментальные исследования и анализ влияния параметров термоакустических колебаний на механизм споевого горения кусковых твердых горючих веществ, а также рекомендации для проектирования топочных устройств щахтного типа по принципу эффекта Рийке. Также в четвертой главе приведено описание опытно - промышленной установки, спроектированной по рекомендациям, сформулированным в работе.