автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка наукоемкой технологии по термическому обезвреживанию отходов разного класса опасности на основе особенностей неустойчивого горения в камерах сгорания ракетных двигателей

На правах рукописи

ПАВЛОВ ГРИГОРИЙ ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА НАУКОЕМКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПО ТЕРМИЧЕСКОМУ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ ОТХОДОВ РАЗНОГО КЛАССА ОПАСНОСТИ НА ОСНОВЕ ОСОБЕННОСТЕЙ НЕУСТОЙЧИВОГО ГОРЕНИЯ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность: 05.07.05 - тепловые, электрорсактивные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

гот

На правах рукописи

ПАВЛОВ ГРИГОРИЙ ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА НАУКОЕМКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПО ТЕРМИЧЕСКОМУ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ ОТХОДОВ РАЗНОГО КЛАССА ОПАСНОСТИ НА ОСНОВЕ ОСОБЕННОСТЕЙ НЕУСТОЙЧИВОГО ГОРЕНИЯ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05 07 05 - тепловые, электрореактивные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой сте] доктора технических наук

У/Я?

Работа выполнена в Казанском высшем артиллерийском командном училище Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Кочергин Анатолий Васильевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Зарипов Ринат Герфанович

доктор технических наук Хабибуллин Мидхат Губайдуллович

доктор физико-математических наук, профессор Абруков Сергей Андреевич

Ведущая организация

Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт химического машиностроения

Защита состоится «9» декабря 2004г. в 10 час 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.079.02 при Казанском государственном техническом университете имени А.Н Туполева по адресу:

420111, г.Казань, ул Карла Маркса, 10, КГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ им. А.Н.Туполева.

Автореферат разослан « »_2004г

Ученый секретарь диссертационного совета

I ГОС. ¡¡ЛЦИОЯАЛЬИАЯ! I БИБЛИОТЕКА^ |

А&м.

Г.Каримова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена разработке и созданию технологии термического обезвреживания различных отходов промышленности В работе так же научно обоснованы технические решения дробления и последующего сжигания капель жидкости в многоступенчатом пульсирующем контуре.

Актуальность темы.

Пульсирующее горение привлекательно для энергетики преимущественными особенностями. Пульсирующее горение используется для повышения эффективности сжигания товарных топлив (газообразных, жидких, твердых, например, угольной пыли). Созданы и внедрены в теплоэнергетику эффективные котлы. Наиболее успешно эксплуатируются энергоустановки, работающие на газообразном И жидком топливах. В последние годы метод пульсирующего горения все шире практикуется при сжигании различных отходов производств. К настоящему времени получены положительные результаты в термическом обезвреживании отходов химического производства, горюче-смазочных материалов, трансформаторных масел, низкосортного мазута, донных осадков мазутных емкостей, нефтешлаков и т.д. Имеется опыт обезвреживания жидких горючих, имеющих высокий класс токсичности: ядохимикатов (пестицидов, гербицидов и т.д.), жидких ракетных топлив с истекшим сроком служебной пригодности, жидкого продукта, образованного в результате нейтрализации отравляющих веществ и т.д Проблема утилизации систем вооружений, с учетом охраны окружающей среды, в последние десять лет стала глобальной и выступила на первый план не только в вопросах уничтожения старых образцов систем, но и при создании новых видов вооружения. Особую группу составляют жидкие компоненты. Как правило, они имеют сложный состав и высокомолекулярную структуру. Экологически чистое сжигание их в обычных топках практически не представляется возможным. Немаловажным при сжигании отходов является также тот факт, что пульсирующую струю можно эффективно использовать как распиливающий агент при диспергировании высоковязких, смолистых с механическими включениями отходов По литературным сведениям механизм дробления жидкости в низкочастотной пульсирующей газовой среде исследован недостаточно

Кроме этого опыт эксплуатации установок пульсирующего горения показывает, что при разработке устройств с большой мощностью возникают трудности принципиального характера: простое масштабное увеличение не сопровождается существованием пульсационного режима в прежней оптимальной форме, а зачастую вообще не позволяет достичь его С увеличением тепловой мощности возрастает также звуковое излучение, являющееся основным недостатком камер пульсирующего горения. Акустическое воздействие при увеличении габаритов обостряет конструкционные проблемы. Следовательно, рост мощности может привести к значительному перевесу недостатков пульсирующего горения перед его преимуществами. Поиск эффективных путей устранения вышеуказанных недостатков с сохранением основных преимуществ пульсационного горения является весьма актуальной задачей.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является разработка научных основ наукоемкой технологии по экологически безопасному обезвреживанию различных отходов, базирующейся на особенностях неустойчивого горения в камерах сгорания энергетических установок.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Установить закономерности разрушения струи (плёнки) жидкости в пульсирующей газовой среде, изучить механизм её распада.

2. Сформулировать основные положения по разработке низкочастотного акустического распылителя.

3. Разработать физическую модель многоступенчатого сжигания жидкого горючего в пульсирующем режиме.

4. Разработать теоретические основы для исследования поведения каши в колеблющейся высоконагретой газовой среде и устойчивости колебательного процесса, вызванного колеблющимся источником тепла в сложном акустическом контуре с многоступенчатым горением жидких горючих веществ.

5. На основе полученных данных разработать экологически безопасную технологию термического обезвреживания жидких отходов разного класса опасности

Метод исследования.

Метод решения данных задач носит экспериметально-теоретический характер

На основании рассмотренных теоретических и экспериментальных работ, выявленных особенностей поведения капли в колеблющейся высоконагретой газовой среде и устойчивости колебательного процесса, вызванного колеблющимся источником тепла предложен метод исследования, основанный на решении дифференциальных уравнений движения капли в пульсирующем потоке с учетом принятых допущений. Математические выкладки проверены решением тестовых задач и подтверждены экспериментальными исследованиями. При анализе результатов исследований применялись методы спектрального анализа акустических колебаний в камере, математического расчета и статистической обработки результатов опытов с использованием ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в том, что разработаны теоретические и практические основы наукоемкой технологии по термическому обезвреживанию жидких производственных отходов. В плане решения этой проблемы

1. Получены новые экспериментальные данные разрушения низконапорной струн (пленки) жидкости в пульсирующем воздушном потоке.

2. Впервые определены основные характеристики низкочастотного акустических) распылителя.

3. Впервые на основе экспериментального исследования предложена физическая модель многоступенчатого сжигания топлива в режиме пульсаций.

4. Разработаны теоретические и практические основы многоступенчатого сжигания жидких горючих отходов в режиме пульсаций.

Достоверность основных научных результатов обусловлена применением при разработке модели фундаментальных положений теории колебаний, подтверждена удовлетворительным совпадением расчётных и экспериментальных данных, полученных на аттестованном оборудовании с соблюдением метрологических требований, с известными опубликованными данными, а также проведением большой серии тестовых расчётов.

Практическая значимость:

Разработан низкочастотный акустический распылитель, который опробован на таких жидких горючих, как отработанные масла, отходы ГСМ, сырая нефть, текучие нефтеотходы с механической примесью, высокомолекулярные жидкие вещества (пиролизные смолы, лако-красочные отходы, отходы растворителей, СОЖ). На ос-

нове опытных данных сформулированы рекомендации по разработке низкочастотных распылителей. Разработана и создана трехступенчатая камера пульсирующего горения, ее основные характерно гики исследованы при сжигании различного класса жидких горючих веществ: товарных топлив, отходов горючесмазочных материалов, нефтехимической отрасли и т.д. Установлено, что характеристики трехступенчатой камеры не уступают основным характеристикам одноступенчатой камеры пульсирующего горения, а по шумовому загрязнению окружающей среды разработанная камера имеет улучшенные показатели. Примечательно то, что сжигание горючего вещества в несколько ступеней позволяет разработать камеру пульсирующего горения большой производительности. Предложенные математические модели с достаточной достоверностью можно использовать для оптимизации режимных и геометрических параметров многоступенчатой камеры на стадии разработки. Разработана и внедрена в производство ООО «Экология» («Нефтехимкомбинат» г.Нижнекамск, акт внедрения №626/13 от 19.09 01) установка «Акула-1Ж», предназначенная для сжигания пиролизных смол с попуткой утилизацией тепла; воздухоподогреватель ЭМ-1 («Татвториндустрия», г.Казань, акт внедрения №6 от 25.12.03); обогреватель КУНГа (ЗАО «Иркам», г.Наб.Челны, акт реализации научных исследований №174 от 5 12.03)

Кроме того, работа камеры испытана в сочетании с химическим нейтрализатором, что позволило придти к важному практическому выводу о возможности разработки высокоэффективной технологии термического способа обезвреживания высокотоксичных отходов: ядохимикатов, реакционных масс, жидких ракетных топлив (гептил). Благодаря своей универсальности по отношению к топливу (одинаково эффективно сжигаются товарное топливо и жидкие горючие отходы) разработанная камера может широко применяться во многих наукоемких технологиях как высокоэффективный горелочный узел.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований взаимодействия низконапорной струи жидкости с газовой струей.

2. Физическая модель многоступенчатого сжигания жидкого горючего в пульсирующем режиме.

3. Результаты экспериментальных исследований и аналитического решения задачи устойчивости в сложном колебательном контуре с многоступенчатым горением.

4 Результаты экспериментальных исследований и численного решения задачи поведения капли в пульсирующей газовой среде, заключённой в длинной цилиндрической трубе, открытой с двух концов.

5. Полномасштабная модель трёхступенчатой камеры пульсирующего горения.

Публикации и апробация работы.

Основные результаты диссертации опубликованы в 27 работах, из них 18 статей и 9 авторских свидетельств об изобретениях и патентах.

Диссертационная работа, отдельные её разделы и результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях и сессиях:

- Межвузовский научно-технический семинар «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика» (г.Казань, КФВАУ, 1992-2000 г.г),

- XIII, XIV, XV Всероссийская научно-техническая конференция. (г.Кззапъ, КФВАУ, 2001-2003 г.г.);

- X Сессия Российского Акустического Общества. (г.Москва, 2000г.),

- Всероссийская научно-практическая конференция «Экологичность ресурсо-и энергосберегающих производств па предприятиях народного хозяйства» (г.Пенза, 2002г.);

- II Межрегиональный симпозиум «Проблемы реализации региональных целевых программ энергосбережения» (г.Казань, 4-6 декабря 2002г.);

- Всероссийская научно-практическая конференция «Наука и инновационные технологии для регионального развития» (г.Пенза, 2003г.)

- III Международная конференция «Проблемы промышленной теплотехники» (г.Кяев, Украина, 2003г.)

- III Международная научно-практическая конференция «Экология и жизнь». Сборник материалов, ч. 1 (г.Пенза, 2000);

- III Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы и методология утилизации РДТТ и ракетных топлив», посвященная 90-летию со дня рождения Я.Ф.Савченко (г.Бийск, 2003 г.);

-IV Международный симпозиум «Ресурсоэффективность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования» (г.Казань, 18-20 декабря 2003г.).

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитированной литературы (177 наименований) и приложения. Диссертационная работа изложена на 286 листах машинописного гекста, в том числе основной текст на 264 листах. В ней содержится 118 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и практическая значимость работы, а так же дана ее краткая характеристика и описание полученных в диссертации результатов.

Первая глава посвящена анализу химического и морфологического составов и особенностей горения различных отходов производств, в том числе имеющих высокий класс токсичности; анализу состояния исследований по диспергированию струи жидкости в газовом потоке; рассмотрению основных факторов интенсификации процессов горения и подходов к построению модели горения капель в стационарном газовом потоке и особенностям математического моделирования горения капель в камерах сгорания энергетических установок в условиях неустойчивости. В этой же главе приводится обзор состояния вопроса по исследованию шумовых характеристик камер пульсирующего горения и их улучшению. Отмечена актуальность данной темы. На основе анализа известных работ обоснована необходимость детального изучения физических процессов, протекающих при взаимодействии низконапорной струи (плёнки) жидкости с пульсирующим газовым потоком, необходимость исследования устойчивости колебательного процесса в трубах, открытых с двух концов, при наличии факела пламени, а также поведения в них капель жидкого горючего. Предложена схема организации пульсирующего горения в несколько ступеней. Описана сущность данной схемы. Выдвинуто предположение, что при прочих равных условиях многоступенчатые камеры пульсирующего горения по сравне-

нию с одноступенчатыми камерами будут иметь улучшенные акустические характеристики.

Бо второй главе приводится описание испытательного стенда, инструментальной базы и результатов исследования механизма диспергирования низконапорной струи жидкости воздушным потоком. Исследования проводились с целью: выявления закономерностей разрушения струи (пленки) жидкости в пульсирующей газовой среде; установления физической картины разрушения струи жидкости, подаваемой в пульсирующий газовый поток; влияния конструктивных особенностей устройств ввода жидкости в газовую среду на механизм распыла; определения дисперсных характеристик (спектр размеров капель) распылителя и профиля удельных потоков жидкости по сечению факела (распределение массы жидкости в распыленной струе); определения зависимости спектра размеров капель от акустических и газодинамических параметров воздушной струи и расхода жидкости.

Испытательный стенд позволяет исследовать эти процессы при разных параметрах течения воздушного потока. Схема испытательного стенда представлена на рис. 1. Изменяемыми параметрами являются средняя скорость воздушного потока, её колебательная составляющая, частота колебаний.

Рис.1. Схема испытательного стенда

1 - пульсатор, 2 • электродвигатель; 3-реостат, 4 - резонансная труба, 5 - воздуховод, 6 - вентилятор;

7 - стойка; 8 - бак для жидкости, 9 - распыляемая жидкость, 10 - электронагреватель; 11 - реостат, 12-рама; 13-основание; 14 - электродвигатель; 15-затвор.

На базе испытательного стенда разработан экспериментальный метод определения спектра размеров капель. Этот метод основан на осаждении капель на заборной поверхности с применением быстродействующего затвора с последующим сканированием картины распыла и обработки на ЭВМ. Путём обработки результатов была получена эмпирическая зависимость между диаметрами капель и их отпечатками на заборной поверхности. Она имеет вид

^ =9,605*1СГ2 +1,49x10"* Не^-313х1(Г7 Яе^ОШбсКГ3 1п(8Ь)-$092Т<1(Г31гфЦ,)

Полученное критериальное уравнение является справедливым для условий распыла жидкости и дробления капель в пульсирующем воздушном потоке в зависимости от трех изменяемых факторов: массового расхода жидкости и газа, частоты пульсаций воздуха. В безразмерном виде эти факторы представлены в виде следующих критериальных чисел:

числа Рейнольдса для жидкости

числа Струхаля

числа Рейнольдса для воздуха

Кроме того, стенд позволяет завизуализировать картину ,разрушения струи жидкости Исследования механизма разрушения струи жидкости в т'льсирз'ющем газовом потоке проводились фотосъемкой Можно отметить, что структура струй жидкости, подаваемых в стационарный (не колеблющийся) воздушный лоток и в пульсирующую газовую среду, сильно отличаются друг oг друга В пульсирующей среде наблюдается большее колебание струи жидкости, которая быстро теряет устойчивость и интенсивно разрушается На рис 2 представлена характерная картина деформации капель я)-стационарным и б)-пульсирующим потоком

а) 6)

Рис 2 Картина разрешения струи жидкости в воздушном потоке

Установлено, что наложение на скорость стационарного потока колебательной составляющей приводит к значительному процесса распада струи жид-

кости на небольшие фрагменты На рис 3 показана зависимость относительного среднего диаметра капель от числа Рейнольдса

Из графика следует, что с увеличением числа Рейяольдса относительный средний диаметр капель уменьшается Однако по характеру изменения данной зависимости можно заметить, что массовый расход газа мало влияет на средний диаметр капли Характер данных зависимостей объясняется тем, Что диспергирование жидкости происходит только до определенного значения отношения и,/"), Дальнейшее увеличение массы газа практически не влияет на качество расиыливания и приводит только лишь к росту энергозатрат

О 5 10 15 20 Ке.хЮ4

Рис 3. Зависимость относительного среднего диаметра капель от числа Рейнольдса Яе , (вЬ = 0,0228, Ие ж = 106)

На рис 4 приведена зависимость относительного среднего диаметра капель от критериального числа Рейнольдса К.еж, характеризующего массовый расход распыляемой жидкости

0 20 40 60 80 Яе, 120

Рис 4. Зависимость относительного среднего диаметра капель от числа Рейнольдса Ие ж (БЬ = 0,0228, Ке , = 5,67х Ю4)

10 60 К'. В г 110

Рис 5 Зависимость относительного среднего размера капель от мощности"

1 - график зависимости ^ от акустической мощности;

2 - график зависимости £/ьр от мощности газовой струи

На рис 5 приведены зависимости среднего диаметра капель от мощности газового потока Данные получены для двух случаев В первом случае, распиливание

9

жидкости осуществлялось пульсирующим газовым течением (скорость потока равнялась нулю); во втором случае, струя жидкости распиливалась стационарным газовым потоком.

Из графиков видно, что первая кривая лежит значительно ниже, чем вторая. Это свидетельствует о том, что энергия акустических колебаний эффективнее влияет на процессы дробления, чем энергия воздушной струи.

В третьей главе дается описание низкочастотного акустического распылителя. Приводятся результаты экспериментальных исследований влияния избытка воздуха, длины резонансной трубы на характеристики камеры пульсирующего горения. Представлены опытные данные и их анализ по влиянию места подачи жидкости в резонансную трубу распылителя и расхода жидкости на основные характеристики факела.

Эксперименты проводились на установке, схема которой показана на рис.6.

Рис.6. Схема экспериментальной установки

1 - камер« пульсирующего горения; 2 - заглушка, 3 - демпфирующее устройство, 4 - воздушный короб; 3 - резонансная труба, А1 - баллон с пропадом, ВН1 - вентиль, Р1 - редуктор, МН1 - манометр, В1 - веигншггор, РР1 - ре1улятор расхода жидкости, ЭК1 - электроклапан; БУ - блок управления

Объектом исследований явилась камера пульсирующего горения, работающая по принципу трубы Шмидта. КПГ состоит из двух основных частей: собственно камеры горения 1 и резонансной трубы 5. Длина резонансной трубы изменялась от 1 до 1,8 м. Отношение диаметра воздушной магистрали к максимальному диаметру камеры составляло 1:3, а отношение диаметра резонансной трубы к диаметру камеры 1:2. Для подачи распыляемой жидкости в резонансную трубу 5 предусмотрена насосная система подачи. Установка работала при различных соотношениях газового топлива и распыляемой жидкости. В качестве топлива использовался горючий газ (пропан).

В ходе проведения экспериментов исследовались такие характеристики камеры, как условия зажигания, область устойчивой работы в режиме пульсаций, влияние избытка воздуха и длины резонансной трубы на амплитудно-частотные характеристики камеры; влияние распыляемой жидкости на работоспособность камеры, определялась её производительность. Кроме того, определялись дисперсные и энергетические характеристики распылителя, профиль удельных потоков жидкости по сечению факела и габариты факела, а также исследовалось влияние массы и места

Щ ы

1

ввода распыляемой жидкости в резонансную трубу как на характеристики камеры, так и на дисперсные характеристики факела распыла.

Сныты проводились при различных расходах топлива от 0,8 до 3 кг/ч. В опытах сжигался пропан CjHg. Коэффициент избытка воздуха варьировался в широких пределах, в основном за счет изменения расхода воздуха. Расход воздуха изменялся в диапазоне от 15 до 600 mVí. Исследовались разные концентрации топлива, при которых оно горело. Расход воздуха при данном расходе газа устанавливался таким образом, чтобы можно было проверить работу камеры горения в наиболее выгодном режиме. Возможность варьирования коэффициента избытка воздуха, кроме амплитуды пульсаций давления, позволило определить пределы устойчивости горения и срыва пульсирующего горения.

На рис.7 приведены графики зависимости амплитуды колебаний давления от коэффициента избытка воздуха при горении пропана. Максимальные значения амплитуды пульсаций давления соответствуют коэффициентам избытка воздуха, равным 1,05 -1,15.

0,05 р/р"

0,03 0,02 0,01 0

2,00 а 1,50 1,25 1,00 1,25 1/а 1,75

Рис.7. График зависимости амплитуды колебания давления от коэффициента избытка воздуха

На рис.8 приведена зависимость частот колебаний камеры пульсирующего горения, представленная виде числа Струхаля от длины резонансной трубы, полученных экспериментально и расчётным путём. Расчёты проводились по известной из акустики формуле

где М- инертность резонансной трубы; С - ёмкость камеры. Эти параметры определяются по формулам:

где - плотность газа, - длина трубы, м; - радиус трубы,

V- объём камеры, м3;с3- скорость звука, м/с.

Скорость звука рассчитывалась с учётом температуры продуктов сгорания в камере и в резонансной трубе.

9,5 ----

БЬ-<10'3 ----

8,5 8,0 7,5 7,0 6.5 6,0

1000 1200 1400 /„, мм 1800

Рис.8 Зависимость числа Струхаля от длины резонансной трубы

(5Ь=уУ/с„ где/- частота колебаний; с! - диаметр резонансной трубы, с, - скорость звука в трубе 690 м/с) при = Ъкг!ч,

Видно, что экспериментальные значения с расчётными в исследованном диапазоне длин труб и коэффициента избытка воздуха удовлетворительно совпадают. На оснований полученных результатов можно сделать вывод о приемлемости вышеприведённой формулы для ориентировочного расчёта частоты камеры пульсирующего горения.

Кроме этого исследовалось влияние жидкости, подаваемой в резонансную трубу на характеристики камеры пульсирующего горения. Место ввода топлива в резонансную трубу (см.рис.б) соответствовал значениям координат,хЛ/= 4, б; 8, 10 и 12, где х - расстояние от выхлопного среза резонаторной трубы до распылителя; с1 -диаметр резонаторной трубы. Расход подаваемого топлива варьировался и составлял: 30, 60; 90 и 120 кг/ч. В ходе опытов измерялись пульсации давления и температуры газов, и при помощи газоанализатора в камере определялся состав газов Исследования показали, что подаваемая в резонаторную трубу жидкость на устойчивость режима работы камеры влияния не оказывает.

На рис.9 (а,б,в) приведены амплитудно-частотные характеристики камеры, соответствующие трем положениям патрубка на резонаторной трубе и 'расходу распыливаемой жидкости, равному 90 кг/ч.

Влияние координаты места расположения патрубка и массы распыливаемой жидкости на частотные характеристики камеры в виде критериального числа Стру-халя приведено на рис.10. Можно заметить, что на быстроту уменьшения числа Струхаля влияет как место подачи топлива в трубу, так и ее расход. Это можно объяснить значительным снижением температуры газов в резонансной трубе, вследствие протекания интенсивного теплообмена между жидкой и газовой фазами

12

Рис 9. Спектрограмма акустического сигнала, записанного в камере горения при А/= 90 кг/чи : а)х/с/= 12, 6)хШ=Ъ, в)хИ=А,

где хМ - расстояние от среза трубы до места подачи жидкости

Определение места ввода жидкости в резонаторную трубу и его влияния на параметры факела важно с практической точки зрения. В связи с этим данный вопрос исследовался наиболее детально. В ходе опытов регистрировались следующие параметры: форма факела, его дисперсные и энергетические характеристики. Кроме того, определялась прозрачность факела, по которой косвенно оценивалась интенсивность тепло- массообмена газа и жидкости в трубе. Количественным параметром прозрачности был принят коэффициент ослабления света, измеряемый путем просвечивании факела аэрозоля на выходе из резонансной трубы параллельным пучком света. Для этой цели использовался оптический дымомер ДО-].

6,3

ShxlCT 6,1 6,0 5,9 5,8 5,7 5,6

45 60 7S 90 105 Л/, кг/ч 135

Рис К). Зависимость числа Струхаля Sh от расхода распыляемой жидкости М при: 1 - x!d= 4; 2 - x/d= 12,

где x/d - расстояние от среза трубы до места подачи жидкости

На рис. 11 приведена зависимость коэффициента преломления света от времени пребывания аэрозоля в полости трубы. Значения аргумента были определены для трех значений амплитуды пульсаций давления при одних и тех же значениях времени пребывания аэрозоля в резонансной трубе. Из рисунка видно, что чем больше время пребывания аэрозоля и величина амплитуды колебания, тем выше значение коэффициента преломления. Можно заметить, что после т = 0,055с коэффициент преломления света практически остается постоянной, хотя, по тепловому балансу (с увеличением зоны контакта горячих газов с жидкой фазой теплоподвод от газов жидкости возрастает), график изменения данного коэффициента должен пройти выше

4,5 К, м'1 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0

0 0,02 0,04 0,06 г, с 0,10

Рис. 11. Зависимость коэффициента преломления света от времени пребывания аэрозоля в трубе при:

На рис.12(а, б) приведены характерные формы факелов распыла при разных расходах и временах пребывания жидкости в резонаторной трубе. Из рисунков видно, что факел имеет конусообразную форму. Чем меньше расход топлива и больше

время пребывания жидкосги в трубе, тем прозрачнее и однороднее струкгура факела Форма факела при этом ближе к сферической, чем к конусной С увеличением массового расхода распиливаемой жидкости плотность факела распыла возрастает, а его форма отчетливо приобретает конусообразную форму

Рис 12 Картина факелов распыла при а) М = 90 кг/ч. б) М= ПО кг/ч

На рис 13 приведена зависимость среднего диаметра капель от времени пребывания жидкости в резонаторной трубе Время пребывания жидкости вычислялось как отношение объема резонаторной трубы, занятой газожидкостной фазой к объемному расходу распиливаемой жидкости Данная зависимость получена при поел оянном расходе распиливаемой жидкости, равном 60 кг/ч

Из графика можно заметить, что с увеличением г уменьшается значение среднего диаметра капель Любопытно отметить, что при достижении г критического значения, уменьшение диаметра капель становится незначительным Это можно объяснить снижением амплитуды пульсаций скорости высоконагретых газов, которое характерно для стоячих волн

Рис 13 Зависимость среднею диаметра капель от времени пребывания жидкости в трубе

На рис 14 показана зависимость относительной акустической мощности ^ак м

УГ

от расхода расныливаемой жидкости, где - акустическая мощность струи

при распылении жидкости, — акустическая мощность струи без распыления

жидкости В опытах характеристики камеры оставались постоянными, т е про-

15

изводилельность камеры равнялась 3 кг/ч, коэффициент избытка воздуха cootbctci вовал 1,05

0 10 20 Аf/mr„ 40

Рис 14 Зависимость относительной акустической мощности

от расхода распиливаемой жидкости М

Из рисунка также видно, что ввод жидкости в пульсирующую струю позволяет значительно снижать уровень шума Уменьшение аргумента объясняется расходованием энергии ак)стических колебаний на процесс диспергирования жидкости в полости резонансной трубы акустического распылителя

В четвертой главе представлены описание камеры пульсирующего горения, в которой топливо сжигалось в несколько ступеней, результаты опредеаения основных характеристик этой камеры, экспериментальные данные по иссчедованию ус-тойчивоети колебательного процесса на заданных режимах и онреде гению конечных координат нахождения капли в трубе, параметры шумовою поля Экспериментально обоснована возможность многоступенчатого сжигания топлива в нульси-рующем режиме, который позволяет избежать основной недостаток камер пульсирующего горения - шум высокой интенсивности

Модельная камера разрабатывалась согласно схеме, приведенной на рис 1 Модельная камера разрабатывалась при условии, что собственная частота колебаний инициирующей камеры (генератора колебаний) совпадает с одной из собственных частот колебаний трубы (второго акустического контура) Геометрические размеры цилиндрической трубы, игравшей роль второй ступени, оиредечялись исхода из ее собственных частот колебаний, при условии, что на концах трлбы, сообщающихся со средой с постоянным давлением, располагаются узлы давления • Общий вид модельной камеры приведён на рис 15

Рис 15 Общий вид модельной камеры

Проведённые опыты подтвердили предположение о вынужденном характере колебательного процесса во втором контуре камеры. Из спектрограмм сигналов, записанных одновремеш.и в инициирующей камере и во втором контуре определено, что колебания происходят на одних и тех же или кратных частотах. Значения этих частот соответствуют собственным частотам инициирующей камеры и второго контура (цилиндрической трубы, открытой с двух концов).

Кроме этого опыты показали, что истекающая из инициирующей камеры пульсирующая газотопливиая смесь во втором контуре генерирует вынужденные резонансные колебания. Вследствие расходования в резонансной трубе (энергия затрачивалась на предварительную подготовку топлива) значительной части акустической энергии струи, образующейся продуктами сгорания природного газа, во втором контуре распространяются волны небольшой интенсивности.

Были определены шумовые характеристики камеры. Результаты сравнительного анализа свидетельствует о том, что сжигание топлива в три ступени позволяет значительно уменьшить уровень шума. В частности, при сжигании 20 кг/ч жидкого топлива в камере трехступенчатого горения уровень шума снизился на 23 дБ по сравнению с камерой одноступенчатого сжигания топлива.

В пятой главе излагается математический аппарат по аналитическому исследованию устойчивости колебательного процесса в трубе, открытой с двух концов, при условии вынужденных колебаний теплоподводом Аналитические решения получены для разных моделей теплоподвода и участков трубы, в которых располагается факел пламени Приводится динамическая модель поведения капли в колеблющемся газовом потоке, результаты численных решений по определению траектории движения капли и времени её существования в зависимости от различных факторов, начальной скорости и угла вылета капли, ее исходного диаметра, параметров пульсаций, пространственной ориенгации распылителя.

Аналитическое исследованиеустойчивости колебательного процесса в камере пульсирующего горения.

Используется модель одномерного течения с учетом явления теплопроводности Уравнение тепловой энергии содержит дополнительное слагаемое <2(х,1), которое не позволяет изолированно решать уравнения сохранения массы и импульса от уравнения энергии, система уравнений становится сильно взаимосвязанной. Заметим, что источник энергии в уравнении сохранения энергии, в этом подходе не имеет прямого отношения к реальному внутреннему источнику. Он здесь используется для математического моделирования процесса поддержания продольных колебаний газа в трубе. Переходя в системе уравнений к безразмерным величинам и сохраняя только линейные слагаемые, получим основное уравнение для потенциала скорости

Особенность уравнений (2) и (3) для задач горения состоит в том, что конкретный вид заранее неизвестен. Он зависит от выбранной модели подвода теплоты,

т.е. зависит от искомых параметров задачи. Различают подвод теплоты в точ-

17

точках, неподвижных относительно стенок трубы, и подвод теплоты на подвижной поверхности. Это соответственно локальная и конвективная модели подвода теплоты. В работе исследовалась локальная модель Явное представление для Q(x,t) зависит от большого числа режимных и конструктивных параметров, фигурирующих в расчетной модели. На устойчивость процесса горения влияют следующие параметры: время запаздывания тепловыделения, качество распыла топлива, полнота сгорания топлива, коэффициент избытка воздуха и т п. Здесь рассматривается только один механизм поддержания колебаний столба газа за счет линейной связи между возмущениями теплоты и возникающими в трубе продольными скоростями Возмущенное значение теплоты представляется в виде дает распределение подведенной теплоты по длине трубы, а определяет амплитуду возмущения. Связь между д и и в общем случае представляется в виде ¿5 (<?) = («), где ¿1, ¿2 ' линейные дифференциальные операторы, зависящие от времени Величина Г в дайной работе далее полагается постоянной

Локапышя модель. Решение системы, имеющее гармонический характер, ош-скивается в виде ¿¡(х) е'", «(*,»)=й (х) е'". Линейная свячь между возму-

щениями теплоты и скорости представляется в виде д=У/(г»)«, /((!>) = 1ц (со)+¡11 (го), где /(ш) - комплексное число. В случае локальной модели д =Ук(/-т), /(¿~С£и(сот)и//=-ли(шт).

Решение уравнения (2) отыскиваем в виде суммы:

со оэ

♦М-^/ЛЫ*); (4)

т=0 я=0

Здесь функции \|/п(х) являются решением однородного уравнения + О^Ч'п = 0»

где й„ - квадрат собственной частоты, связанный с акустической задачей для трубы, а \у„(х) являются собственными функциями, удовлетворяющими условиям ор-тонормировки. В случае открытых концов трубы функция имеет вид \(/„ (х) = 42 .я'п(Опх) и Од= к п (л=1, 2, 3, ) Система уравнений для определения амплитуд /„(1) находится методом Галеркина. После подстановки (4) в уравнение (2) и интегрирования от х = 0 до х = I имеем

/„+«/„+£2*/,,+(7-1)2,,= 0, (5)

где соответствующее выражение в случае локального способа передачи теплоты имеет вид

Система уравнений (5) в общем случае является взаимосвязанной. Для сложной функции вычисление соответствующих интегралов возможно только численно.

Для приближенного исследования задачи устойчивости взаимодействиями между модами колебаний пренебрегаем. В результате такого упрощения можно проанализировать устойчивость решения уравнения (5) по отношению к геометрическим и термодинамическим параметрам задачи. Гармоническое решение отыскивается в виде f„{t) — /„е'""', S,^""', где f, и g, - постоянные величины. Величина является комплексной частотой, по реальной части которой можно судить об устойчивости решения дифференциального уравнения (5). С учетом принятых допущений, получим

= (6) где выражение для коэффициента в случае локальной модели подвода теплоты равно

Аш = Jo 2 М V л {x)vn ■

Последнее слагаемое в (6) трактуется как величина второго порядка малости. В этом случае предлагается процедура последовательных приближений для определения со„. В первом приближении получим гоя = ±С2Л. Второе приближение для комплексной частоты получается в результате подстановки первого приближения в правую часть (6) и приравнивания коэффициентов реальной и мнимой частей:

. Рассматривается случай, когда распределенная теплота по длине трубы задается в форме трапеции (трапециевидный закон распределения теплоты установлен экспериментально)

Q(x) = Qoi(x~Xi){H(x-Xl)-H(x-X2)]/{X2-Xl)+H(x-X2)-

~Н(х-Хъ) + (Х4-х)[н{х-Хг)-Н(х-Х4)У(ХА-Хг)}, (9)

где <2о, X], Х2, ХЪХ4 - заданные константы, причем Xi<X2<X-j<X4. Зона подвода теплоты располагается в интервале Xj <х< Х4. Кроме того, придавая разные значения X, в (9), можно получить распределение теплоты по длине трубы в виде треугольного, прямоугольного либо сосредоточенного импульса. Выражение для коэффициента д] в случае локальной модели имеет вид:

(Ю)

Выражение (10) определяет величину и знак коэффициента затухания в зависимости от геометрических параметров задачи и от выбранного закона подвода теплоты. На рисунках 16-19 представлены результаты расчетов по формуле (10). На них дано изменение коэффициента в зависимости от ширины верхнего среза импульса /„3 - л-2, при этом параметры X.] и Х4 остаются постоянными. Для Хц - 0.9 и при Ху-Х2- 0.01 (рис. 16) условие устойчивости выполняется при Х2 £0.55. С увеличением

чением разницы = 0.1; 0.2 и05 (последовательно рисунки 17, 18 и 19)зна-

чения которым соответствует устойчивое поведение газа смещаются

влево и принимают значения соответственно.

Формы зависимости теплоты Q от координаты в рассматриваемом случае для Х4 =0(9 представлены на рис 20-23. Из анализа этих рисунков видно, что увеличение площади между ломаной линией и осью Ох расширяет границы устойчивости колебаний столба газа по координате Х} • С уменьшением максимального значения Х4 до 0,8 уменьшается и соответствующая площадь под кривой теплоты (рис.24-27)

Рис 22. Х2=0.42, ?.з=0.62, Я,4=0.9 Рис 23. Х2=0.2б, Ц=0Л6, Я4=0.9

Для Х3 -Х,2=0.5 устойчивый вариант процесса поддерживается при л.2 >0,28. Правая граница тешюподвода* в этом варианте становится практически вергикаль-ной (^з аХ4) (рис.27). ,

Рис.26. ^2=0.44, >»з=0 64, ?.4=0.8 Рис.27. Л2=0.28, ?.3=0.78, Х4=0.8

Как уже отмечалось выше, экспериментальные результаты исследований устойчивости колебательного процесса в модельной камере приведены в четвертой глазе диссертации. Конструкция камеры позволяла менять положение факела в трубе дискретно. Опыты показали, что расположение факела пламени в первой половине трубы сужает границу устойчивости. Аналогичные результаты получены теоретически на основе предложенного математического аппарата Перемещение факела пламени в среднюю и во вторую половину трубы ровно как увеличение длины факела (при расчетах менялась величина основания трапеции) расширяет границу устойчивости

Численное исследование поведения капли в пульсирующем газовом потоке, движущемся по длинной цилиндрической трубе.

Рассматривается цилиндрическая труба длины./,, диаметра с1, причем наклонит к горизонту под углом а.

В сечении \ = имеется те-плоподвол шириной ст. Схема трубы и положение капли представлены на рис.28. Тепловой источник ширины а является акустическим препятствием, делящим течение на две зоны. Движение газа описывается в акустическом приближении. Переменные представляются в виде суммы средних значений и малых возмущений.

После пренебрежения величинами второго порядка малости и введения потенциала скорости v=gradФ течение газа в каждой из зон удовлетворяет волновому уравнению

а2Ф1/а/2-с,2э2Ф//а^2=о, (/ = 1,2) (11)

Граничные условия на открытых концах трубы имеют вид

<*1дФ.Мио=0, (12)

Начальные значения потенциалов скоростей в первой и второй зонах считаем нулевыми

Ф,(а>0) = °>(/=1.2). (13)

Решения Ф^о,/) и Ф2(о,*) слева и справа от теплового источника стыкуются условиями

АдФ./гаЦ =<Р1/(1+>7))ЭФ1/езЦ1(г, (н)

где 0 < % < 1. Условия (14) отражают законы сохранения массы и импульса при прохождении сечения теплового источника. Коэффициент т] отражает дополнительный приток массы газа в сечении £ = Ц +а. Условия стыковки будут выполнены только в том случае, если волновые числа и ¿2,л в отдельных подобластях связаны соотношениями -сх =^2п 'с2 = /я где /„ - частота собственных колебаний. В соответствии с (8) волновое число ¿2 определяется из решения нелинейного уравнения

Х/(1 + лМ(£1 +<у)/Ь-Ш) (15)

Решения уравнения (11) с учетом начальных и граничных условий (12) - (14) для возмущенных значений скорости и давления для «горячей» зоны имеют вид

•'г (Я. О = Рты/2«>Ф2 ~ з)>ш(*2с2')/(РЛ Мк^/г)), Р'г М = Рш^ф яп^ {Ь - З)]со5(АгЛ/)/яп(А:21/2) .

Для продольных акустических колебаний скорость потока определяется по формуле

(16)

где - средняя скорость и амплитуда акустической скорости соответствен-

но; а>= угловая ч а с т о частота колебаний).

Объемное содержание реагирующих капель в газе полагается малым, воздействием со стороны капли на газ пренебрегается.

Движения капли описывается дифференциальным уравнением:

(17)

где - коэффициент торможения для капли и твердой сферической частицы,

В — передаточное число.

Для числа Льюиса (Ь0= 1) передаточное число будет определяться по выражению

В.

(18)

где - теплота сгорания капли; - стехиометрический коэффициент;

- доля массы кислорода в окислителе (для воздуха - удельная теплоёмкость газа и капли соответственно;

- температура кипения жидкости и газа соответственно;

- температура жидкости на поверхности капли;

- скрытая теплота испарения жидкости.

В нагретой газовой смеси происходит прогрев и испарение распыленных капель. Для приближенного описания массообмена используется схема приведенной пленки. В соответствии с ней распределение концентраций и температур вокруг пробной капли полагается сферически-симметричным. Вдали от поверхности капли концентрация и температура постоянны, и изменение этих величин происходит только в слое толщины 6, непосредственно прилегающем к сфере.

Толщина приведенной пленки связывается с введением безразмерного числа Шервуда

(19)

где - диаметр капли.

Значение числа Шервуда с учетом явления испарения определяется выраже-

где

В, =

^ _ , I'] , ^ - концентрация паров жидкого топлива на поверхности

испаряющейся капли и вдали от нее, Бс^ - число Шмидта Размеры капли в процессе испарения медленно уменьшаются При этом скорость испарения определяется из потока массы капли

Ас Л

г/г

, с учетом тк =-*г Рк,

4пг2рк

(21)

Скорость испарения жидких капель т находится в результате интегрирования уравнения стефановского потока по толщине диффузионного слоя

Г * N

т' = 2лг(рО)в5Ъ({\п

1 +

V] -VI

)

(22)

Изменение радиуса капли по времени в зависимости от явления испарения имеет вид

¿г (р»)в8Ь«,

Я--

1-

(23)

Скорость изменения температуры капли г, определяется из уравнения баланса энергии

Система уравнений решалась численно конечных разностей

рис 29 приведены эпюры пульсаций давления, построенные по длине трубы по, расчетным и экспериментальным данным Сравнение полученных результатов свидетельствует о том, что предложенная математическая модель для исследования поведения капли адекватно отражает реальные процессы Расхождение опытных данных с расчетными, наблюдаемое на выходном конце трубы, можно объяснить граничными условиями, принятыми при теоретическом исследовании Как показали опыты, на конце трубы узел давления смещен в сгорону истечения газов

Рис 29 Эпюра пульсаций давления по длине трубы

Динамическая модель позволила также определить траектории движения капли в пульсирующей газовой среде в зависимости от различных начальных параметров тачального диаметра капли, начальной скорости, угла вылета из резонаторной трубы Исследовалось поведение катти наибольшего диаметра, образованной в результате распыла низконапорной струи жидкости пульсирующими высоконагрсты

ми газами. Результат исследований в графическом виде представлены на рис 3032 Из рисунков можно заметить, что траектория движения капли зависит как от начальных параметров лапли, так и от ориентации трубы в пространстве. Данные теоретических исследований позволяют определить оптимальные геометрические размеры трубы, в полости которой обеспечивается полное сжигание капли наибольшего диаметра

D- 1000 мкм

v -1 м/с

г

«•*>'

I-P-45' /3

2 - f-éO' ! /2

3-S-901 V

!Г '0

012 -сов -004 С00 004 СОЙ X.МО 12

Рис 30 Траектории движения капли в пульсирующей газовой среде, где а - угол наклона оси трубы относительно горизонта; Р - угол вылета капли относительно оси трубы, v, - начальная скорость капли Труба направлена вертикально, газы из трубы истекают вертикально вверх

0-1000нш

v =1 м/с

<Д-9о'

1-Р-М5*

2 - р= 60е

3 р=-90*

J 1

/

•012 -006 -004 ООО 004 00« X,« 012

Рис 31 Траектории движения капли в пульсирующей газовой среде. Труба направлена вертикально, газы из трубы истекают вертикальна вниз

0.12-о.м-

Г>=1000м» уЧм'с

0,85 0.70 0.75 0.80 0.65 Хм 0,90

Рис.32. Траектории движения капли в пульсирующей газовой среде. Труба направлена горизонтально, газы из трубы истекают по горизонтали слева

направо

В шестой главе на основе опыта эксплуатации опытно-промышленных установок обосновывается перспективность использования камер пульсирующего горения для термического способа обезвреживания промышленных отходов. Описываются основные достоинства, выгодно отличающие их от установок стационарного горения. Даётся экологическое обоснование.

Обезвреживание отходов производства методом сжигания в пульсирующем потоке более экономично. Интенсификация процесса горения возможна при воздействии акустических колебаний на гидродинамические характеристики. Однако, для эффективного воздействия акустических колебаний на процесс горения необходимо подбирать частоту и интенсивность акустических колебаний.

Экспериментальные исследования по термическому обезвреживанию гептила и его водных растворов в камерах пульсирующего горения показали высокую эффективность процесса. Растворы гептила с концентрацией выше 60 % сгорают в пульсирующем потоке без дополнительной подачи вспомогательного топлива.

Проведена техническая и эколого-химическая оптимизация предлагаемой технологии. Опыты проводились на установке, которая разрабатывалась на основе камеры пульсирующего горения (КПГ) и имела две ступени горения. При оптимальном режиме горения в отводимых газах гептил обнаруживается на уровне 1 - 5 ПДК в воздухе рабочей зоны. В случае же работы установки в режиме обычного горения концентрация гептила в выбрасываемых газах может в 100 и более раз превышать

Разработана и создана опытно-промышленная водогрейная установка «Акула -1Ж», предназначенная для утилизации жидких отходов производств (отходы ГСМ, нефтехимической отрасли, донные осадки мазутных емкостей и т.д.). Схема установки показана на рис.33. Общий вид - на рис.34.

ПДК.

-- 'V ^

Рис 33 Опытно-промышленная установка «Акула - 1Ж»

Рис 34 Общий виду становки

В \становке реализовано три ступени горения топлива в инициирующей камере сжигается дизельное топливо, часть утилизируемого отхода подаётся в резонансную трубу инициирующей камеры, оставшаяся часть отхода шнековым питателем транспортируется непосредственно в цилиндрическую камеру сгорания При этом зона активною горения перемещается в туннеть водогрейного котла Степки туннеля изготовлены из жаропрочной стали, которые от перегрева защищены пристенным воздушным слоем

В табл 1 приведены результаты газового анализа продуктов сгорания отработанных .масел Видно, что по всем ингредиентам ПДК рассчитанная меньше ПДК

27

установтенной Исследовались также шумовые характеристики устанопки Рез\чь-тапх свидетельствуют о том, что шумовое загрязнение не превышает установленных норм

Таблица 1

Количественное содержание вредных веществ в дымовых газахЛ

Ингреди снт Ввд топлива Производительность ТСУ, тчас Место измерения Концентрация загрязняющего вещества, мг/м3 пдк рассчит, мг'и3 пдк мг ч

Оксиды азога отработан мае то 015 в vcтьe трубы 61 08 5

Оксид углерода 218 3 20

Диоксид серы 51 1,8 10

В работе так же получены рез} чьтаты исследований по термическому способу обезвреживания отходов резинотехнических издетий в опытно-промышленной установке пульсирующего горения Общий вид у становки показана на рис 35

Рис 35 Общий вид установки для сжигания автомобильных тип

В табл 2 представтены результаты анализа выбросов при сжигании резины с металлокордом Данные аналитических определений получены Центральной специализированной инспекцией аналитического контроля при Министерстве охраны окружающей среды и природных ресурсов РТ

Сравнение выброса всех ингредиентов (см табч 2) при двух режимах юрения убедительно показывает, что пульсирующее горение обеспечивает более качественное сгорание

Таблица 2

Результаты анализа выбросов при сжигании резины с металлокордом

Ингредиент Выбросы (г/кг утилизируемых отходов)

Пульсирующее горение Обычное горение

Оксиды азота 1,550 8,592

Оксиды углерода 1,186 16,322

Диоксид серы 0,690 3,538

Углеводороды 0,026 1,124

Кислородосодержащие углеводороды 0,009 16,560

Бетол 0,010 0,165

Толуол 0,004 0,04К

Ксилолы 0.002 0,021

Пыль 7,320 31,345

Проведенные к настоящему времени исслетования показали, что установки пульсирующего горения можно успешно применять в химической технологии. В частности, инертные нульсирующие высоконагретые газы, воздействуя на обводненные отходы нефтехимической отрасли способствуют более быстрому и эффективному отделению воды от углеводородов, связанных между собой на молекулярном уровне. Опыты проводились на пиролизных смолах, осадках донных мазутных емкостей. Предварительные технико-экономические расчеты, полученные на основе опытных данных, свидетельствуют о перспективности предлагаемой технологии

Интенсификация процессов испарения различных жидкостей в пульсирующей высоконагретой газовой среде открывает возможности широкого применения установок пульсирующего горения в качестве аэрозольных генераторов В частности, на основе такой камеры опробована термическая дымовая аппаратура, предназначенная для постановки маскирующих дымовых завес при ведении боевых действий и совершении марша войсками с целью снижения эффективности прицельного огня противника. Применяемые в настоящее время генераторы дымов высокой мощности имеют сложную конструкцию и низкий ресурс работы. Аппаратура, основанная на установке пульсирующего горения, более предпочтительна. Кроме этого, данная аппаратура может найти применение при распылении дезинфицирующих жидкостей, например пестицидов, гербицидов и т.д

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВЫВОДЫ

На основе обобщения литературных сведений установлены основные проблемы, связанные с обезвреживание отходов разного класса опасности, доказана, что сжигание их в режиме пульсаций сужает круг проблем; проанализированы негативные факторы пульсационного горения, предложены пути их устранения и на их ос-

нове разработана наукоемкая технология по экологически безопасному обезвреживанию разных по составу и структуре отходов

В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Установлены основные закономерности разрушения низконапорной струи жидкости в пульсирующей газовой среде, доказано, что наложение на стационарные газовый поток пульсационной составляющей оказывает положительное воздействие на механизм разрушения струи жидкости.

2. Детально изучены характеристики низкочастотного акустического распылителя и на основе имеющихся сведений и полученных данных сформулированы основные положения по разработке эффективного акустического распылителя. К основным преимуществам разработанного распылителя следует отнести: простоту и надежность конструкции; возможность распыления широкого спектра жидких углеводородных горючих, в том числе отходов с механическими включениями, обеспечение широкого диапазона регулирования дисперсности факела распыла

3. Разработана физическая модель многоступечатого сжигания жидкого горючего в пульсирующем режиме. Доказано, что многоступенчатая камера пульсирующего горения сохраняет основные преимущества пульсирующего горения и по сравнению с одноступенчатыми камерами позволяет эксплуатировать камеру с большей тепловой нагрузкой и при этом низкий уровень шумового загрязнения, являющегося основным препятствием в широком использовании камер пульсирующего горения в различных сферах теплоэнергетической отрасли.

4. Разработаны теоретические основы для исследования поведения капли в колеблющейся высоконагретой газовой среде и устойчивости колебательного процесса, вызванного колеблющимся источником тепла в сложном акустическом контуре с многоступенчатым горением жидких горючих веществ.

5. Разработана и внедрена в производство экологически безопасная технология термического обезвреживания жидких отходов разного класса опасности и состава.

Личное участие автора. Роль автора в работе является определяющей Ему принадлежат постановка рассмотренных с соавторами задач, обсуждение и анализ полученных данных, основные экспериментальные результаты.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Павлов Г.И. Исследование физических принципов вибрационного слоевого горения в коаксиальной камере // Вестник КГТУ, №2. - Казань: КГТУ, 2003 -С.13-16.

2. Паапов Г.И. О шумовых характеристиках камеры пульсирующего горения. - Сборник научно-технических статей. Казань: КФВАУ, 2003. с. 38-41

3. Г.И. Павлов Способы генерации пульсаций в дожиговых камерах. Сборник трудов X сессии Российского акустического общества. Том 2 - М : ГЕОС, 2000, с. 88-89.

4. Павлов Г.И., Сахабутдинов Ж.М., Кочнева О.С. Устойчивость термически возбуждаемых пульсационных колебаний газа в цилиндрической трубе // Проблемы промышленной теплотехники: Матер, докл. III Междунар. конф - Киев: 2003. -С.437-440.

зо

5. Паатов Г.И., Сахабутдинов Ж.М., Кочнева О.С. Анализ термически возбуждаемых пульсационных колебаний газа в цилиндрической трубе // Изв. вузов. Проблемы энергетики. №3-4. - Казань: КГЭУ, 2004. С. 13-26.

6. Павлов Г.И., Кочергин А.В, Гармонов С.Ю., Иванов А.В., Морозов В.В. Утилизация изношенных шин: экологические аспекты // Экологический вестник -2004 - №3.с.26-32.

7. Павлов Г.И., Сахабутдинов Ж.М., Кочнева ОС. Анализ устойчивости термически возбуждаемых пульсационных колебаний газа в цилиндрической трубе // Математика. Компьютер. Образование: Тр. XI Междунар. конф. - Дубна: ОИЯИ, 2004 -С 146

8. Павлов Г.И., Абдракитов А.Н., Ситников О.Р. Термический метод обезвреживания жидких ракетных топлив // Сб. статей научн. практ. конф. - Бийск: РАРАН.2003.-С.8-12.

9. Павлов Г.И., Борисов С.Н. О распыле жидкости в пульсирующей газовой среде // Паука и инновационные технологии для регионального развития: Сб. статей Всерос. научн.- практ. конф. - Пенза: 2003. - С. 113-116.

10. Павлов Г.И., Борисов С.Н., Кочнева О.С. Экспериментальное исследова-. ние разрушения струи жидкости в пульсирующей газовой среде // Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Мат. докл. XXVI Всеросс. межвуз науч.-тех. конф. 4.2. - Казань: КФВАУ, 2004. -С.1ОЗ-1О4

11. Павлов Г.И., Борисов С.Н., Кочнева О.С. Экспериментальное определение области устойчивости колебательного процесса в длинной цилиндрической трубе, вызванного теплоподводом // Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий: Мат. докл. XXVI Всеросс. межвуз. науч.-тех. конф. 4.2. -Казань- КФВАУ, 2004. -С.60-61.

12. Павлов Г.И., Вишнёв И.Ц., Кочергин А.В. Сжигает отходы и нагревает воду без дыма и без пыли // Российский специализированный журнал «Энерго». -2001-№ 1. -С 44-47.

13 Павлов Г.И., Гармонов С.Ю., Каленов В В., Калиновский А.Е. Экологически чистый метод обезвреживания отравляющих веществ класса хлорацетофенон // Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий: Мат. докл. XXVI Всеросс. межвуз. науч.-тех. конф. 4.2. - Казань: КФВАУ, 2004. -С.100-102.

14. Павлов Г.И., Глебов ГА., Дияров Р.К., Кузьмуков В.И. Опыт пулъсаци-онного сжигания поггутного газа в водогрейных котлах НГДУ «Чернушканефгь» / НТС. Тезисы - Казань, 1998.

15. Павлов Г.И., и др. Обеспечение экологической безопасности технологии утилизации жидких ракетных топлив // Экология и жизнь: Сб. материалов III Международной НПК. 4.1. - Пенза: 2000. -С.126-128.

16. Павлов Г.И., Сахабутдинов Ж.М., Кочнева О С. Исследование устойчивости термически возбуждаемых пульсационных колебаний газа в цилиндрической трубе // Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, приборы и методы контроля природной среды, ве-

ществ, материалов и изделий.Мат. докл. XVI Всеросс. межвуз. науч.-тех. конф Ч 2. - Казань: КФВАУ, 2004 -С.57-60.

17. Павлов Г.И, Сахабутдкьив Ж.М., Кочнева ОС. Экспериментально-теоретические исследования нестационарного взаимодействия горящей капли с акустическим потоком газа в трубе // Вестник Казанского технологического универси-тета.-2004.-№3.

18. Предпусковой подогреватель: Патент 2168651 от 5.11.99. / Г И Павлов

19. Термогазо динамический аппарат для ремонта дорог с асфальтным покрытием- А с. 15896 от 20.11 2000. / Г.И. Павлов, СМ. Кириченко, О.Х. Ягофаров.

20. Устройство для сжигания высокозольных твердых отходов Ас. 14636 от 9.02 2000. /Г.И. Павлов, ГА. Глебов, Е.В. Мартынов.

21. Устройство для сжигания кускового твердого топлива в пульсирующем потоке: А.с. 1123 от 28 01.94. / Г.И. Павлов, Т.И. Назаренко, Ю.В. Ваньков, А.В. Ко-

22. Устройство для сжигания твердых отходов в пульсирующем потоке: А с. 14268 от 9.02.2000. / Г.И. Павлов, И.Ц. Вишнев, А.В. Кочергин.

23. Устройство для сжигания топлив в пульсирующем потоке: А.с. 11302 от 10 08 98. / Г.И. Павлов, А В Кочергин, И.Ц. Вишнев, П В. Накоряков.

24. Устройство пульсирующего горения для подогрева жидкости: Патент 2156402 от 10.06.98. /Г.И. Павлов, ГА Глебов, В.В. Лоос, В И. Кузьмуков.

25. ПавлоЕ Г.И., Кочергин А.В., Старовойтов М.А. Технология переработки отходов нефтехимии в жидкое печное топливо. Ресурсоэффсктивность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования. Труды IV Международного симпозиума. С.459-463.

26. Камера пульсирующего горения для подогрева воды: Патент 2156401 от 10.06 98 /Г.И. Павлов, ГА Глебов,В.В. Лоос, В.Г. Корчагин.

27. Кириченко СМ, Кочергин А.В., Павлов Г.И., Хтюпов В.В , Ягофаров ОХ. Свидетельство па полезную модель № 15896, Бюл. № 32, 20.11.2000 г.

чергин.

Редактировал и корректировал автор

Подписано к печати 25.10.04 Гарнитура «Times»

Формат 60x84/16 Вид печати РОМ Бумага офсетная Усл. печ. л 2

Тираж 100

Зак. № 39в-04

Типография КВАКУ 420025, Казань, Октябрьский городок - 25

if 221 48

РНБ Русский фонд

2005-4 20728

Перечень условных обозначений, сокращений и индексов

Введение

Глава 1. Состояние проблемы исследований

1.1. Особенности горения жидких производственных отходов и анализ литературы по диспергированию струи (плёнки) жидкости в газовом потоке

1.2. Подходы к построению модели горения капель в стационарном газовом потоке

1.3. О физических факторах интенсификации процессов горения в камерах пульсирующего горения. Особенности математического моделирования горения капель в условиях неустойчивости

1.4. Анализ результатов испытаний экспериментальных и промышленных установок пульсирующего горения. Состояние вопроса по повышению тепловой мощности камер пульсирующего горения и улучшению их шумовых характеристик

1.5. Физическая схема многоступенчатого горения топлива в пульсирующем режиме

Глава 2. Экспериментальное исследование диспергирования струи жидкости в пульсирующем воздушном потоке

2.1. Постановка задачи

2.2. Описание испытательного стенда для исследования распыла жидкости в пульсирующей воздушной струе

2.2.1. Средства и методика измерения акустического давления

2.2.2. Средства и методика измерения массового расхода воздуха

2.2.3. Методика определения пульсаций скорости газов

2.3. Экспериментальное исследование механизма разрушения струи жидкости в пульсирующем газовом потоке и анализ их результатов

2.4. Планирование эксперимента и экспериментальное определение основных характеристик акустического распылителя

Глава 3. Экспериментальные исследования распыления струи жидкости в пульсирующей высокотемпературной газовой среде

3.1. Задачи исследований

3.2. Описание испытательного стенда для исследования распыления струи жидкости в камере пульсирующего горения

3.2.1. Описание объекта исследований и методика проведения экспериментов

3.2.2. Средства и методика измерения температуры газов

3.2.3. Средства и методика измерения расхода природного газа, распыляемой жидкости

3.3. Экспериментальные исследования влияния избытка воздуха и длины резонансной трубы на характеристики камеры пульсирующего горения и анализ их результатов

3.4. Экспериментальное исследование влияния жидкости, подаваемой в резонансную трубу на характеристики камеры пульсирующего горения и анализ их результатов

3.5. Экспериментальное исследование характеристик факела распыла, формируемого камерой пульсирующего горения при подаче распыляемой жидкости в резонансную трубу и анализ их результатов

Глава 4. Экспериментальные исследования характеристик полномасштабной модели камеры пульсирующего горения

4.1. Разработка и создание полномасштабной модели многоступенчатой камеры пульсирующего горения

4.2. Исследование механизма возбуждения колебаний газового потока во второй ступени камеры пульсирующего горения

4.3. Экспериментальное исследование влияния факела пламени на устойчивость колебательного процесса во второй ступени модельной камеры

4.4. Экспериментальное определение конечных координат движения капель жидкого горючего в акустическом поле второй ступени камеры пульсирующего горения

4.5. Определение объёмной теплонапряжённости многоступенчатой камеры, коэффициента полноты тепловыделения. Экспериментальное исследование концентрационных пределов воспламенения газовоздушной смеси. Оценка воздействия камеры на окружающую среду

Глава 5. Теоретические исследования устойчивости колебательного процесса и поведения капель жидких углеводородных горючих во второй ступени камеры пульсирующего горения

5.1. Основные допущения

5.2. Аналитическое исследование устойчивости колебаний газового течения в открытой цилиндрической трубе при наличии в ней факела пламени

5.2.1. Уравнения одномерного течения

5.2.2. Модель горения

5.2.3. Приближенное аналитическое решение

5.2.4. Вывод декремента затухания для конвективной модели в случае треугольного импульса

5.2.5. Анализ результатов расчетов

5.3. Численное исследование поведения капли в пульсирующем газовом потоке, движущемся по длинной цилиндрической трубе

5.3.1. Волновое уравнение

5.3.2. Уравнение движения капли жидкого горючего в камере пульсирующего горения

5.3.3. Моделирование испарения капель

5.4. Численное исследование движения испаряющейся капли в колеблющейся газовой среде

5.5. Анализ результатов и проверка адекватности математической модели устойчивости колебательного процесса и поведения капли жидкого углеводородного горючего во второй ступени камеры пульсирующего горения

Глава 6. Перспективные технологии, основанные на установках пульсирующего горения и их экологическое обоснование

Актуальность проблемы. Началом применения пульсирующего горения в технике следует считать газовую турбину Карагодина (1908г.). В 30-х годах немецкий исследователь Рейнст фактически положил начало развитию нового вида энергоустановок, рассчитанных на неустойчивый вид горения. Тогда же Шмидт изобрел пульсирующий реактивный двигатель. В последствии был разработан ряд огнетехнических аппаратов, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. Пульсирующее горение для энергетики привлекательно преимущественными особенностями, которые приведены в табл.1.

Таблица 1.

Параметры процесса В стац. потоке Пульсац. горение

Теплонапряжение, кВт/м2 100-1000 1000-5000

КПД сжигания: потери от хим. недожёга, % 0-3 0-1 потери от мех. недожёга, % 0-15 0-5

Температура, К 2000-2500 1500-2000

Содержание в продуктах сгораия:

СО, % 0-2 0-1

Nox, мг/м3 100-7000 20-70

Коэффициент загрязнения поверхностей нагрева, (мг-К)/Вт 0-0,5 0-0,05

Коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(мг-К) 50-100 100-500

Шум, излучаемый зоной горения, дБ 85-100 110-130

Время реагирования, с 1-10 0,01-0,5

Коэффициент избытка воздуха 1,01-1,2 1,0-1,01

Пульсирующее горение преимущественно используется для повышения эффективности сжигания товарных топлив (газообразных, жидких, твердых, например, угольной пыли). Созданы и внедрены в теплоэнергетику эффективные котлы. Наиболее успешно эксплуатируются энергоустановки, работающие на газообразном и жидком топливах. В последние годы метод пульсирующего горения все шире практикуется при сжигании различных отходов производств. К настоящему времени получены положительные результаты в термическом обезвреживании отходов химического производства, горюче-смазочных материалов, трансформаторных масел, низкосортного мазута, донных осадков мазутных ёмкостей, нефтешлаков и т.д. Имеется опыт обезвреживания жидких горючих, имеющих высокий класс токсичности: ядохимикатов (пестицидов, гербицидов и т.д.), жидких ракетных топлив с истекшим сроком служебной пригодности, жидкого продукта, образованного в результате нейтрализации отравляющих веществ и т.д. Последнее очень важно, поскольку, проблема утилизации систем вооружений, с учётом охраны окружающей среды, в последние десять лет стала глобальной и выступила на первый план не только в вопросах уничтожения старых образцов систем, но и при создании новых видов вооружения. В связи с этим вопросы утилизации отходов военно-промышленного комплекса стоят особо остро.

Следует отметить, что значительная часть образующихся отходов имеет сложную высокомолекулярную структуру и состав. Экологически чистое сжигание их в обычных топках практически не представляется возможным.

Немаловажным при сжигании отходов является также тот факт, что пульсирующую струю можно эффективно использовать как распыливающий агент при диспергировании высоковязких, смолистых с механическими включениями отходов. По литературным сведениям механизм дробления жидкости в низкочастотной пульсирующей газовой среде исследован недостаточно. Актуальность направления исследований в этой области не вызывает сомнений.

Опыт эксплуатации установок пульсирующего горения показывает, что при разработке устройств с большой мощностью возникают трудности принципиального характера: простое масштабное увеличение не сопровождается существованием пульсационного режима в прежней оптимальной форме, а зачастую вообще не позволяет достичь его. С увеличением тепловой мощности возрастает также звуковое излучение, являющееся основным недостатком камер пульсирующего горения. Акустическое воздействие при увеличении габаритов обостряет конструкционные проблемы. Следовательно, рост мощности может привести к значительному перевесу недостатков пульсирующего горения перед его преимуществами, вследствие которого сужается область их применения.

Исследованиям вопросов неустойчивого горения в камерах сгорания различных энергетических установок посвящены работы многих как отечественных Раушенбах Б.В., Натанзон М.С., Штейнберг В.Б., Канцельсон Б.Д., Таракановский А.А., Северянин B.C., Бабкин Ю.Л., Попов В.А., Аввакумов A.M., Подымов В.Н., Щелоков Я.М., Лысков В.Я., Назаренко Т.И., Ларионов В.М., Галиуллин Р.Г. и др., так и зарубежных Харье Д.Т., Путнэм А., Деннис У., Маркштейн Г., Рейнст П., Корвальо У., Зинн Т., и др. авторов. Многие из этих работ посвящены исследованию шумовых характеристик камер пульсирующего горения. Однако большая часть этих работ посвящалась способам подавления самих источников колебаний, что неприемлемо для камер пульсирующего горения. Проблема шума энергетических установок, рассчитанных на неустойчивый режим горения, до сих пор окончательно не решена и на сегодняшний день является весьма актуальной.

Целью работы является разработка научных основ наукоемкой технологии по экологически безопасному обезвреживанию различных отходов, базирующейся на особенностях неустойчивого горения в камерах сгорания энергетических установок.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Установить закономерности разрушения струи (плёнки) жидкости в пульсирующей газовой среде, изучить механизм её распада.

2. Сформулировать основные положения по разработке низкочастотного акустического распылителя.

3. Разработать физическую модель многоступенчатого сжигания жидкого горючего в пульсирующем режиме.

4. Разработать теоретические основы для исследования поведения капли в колеблющейся высоконагретой газовой среде и устойчивости колебательного процесса, вызванного колеблющимся источником тепла в сложном акустическом контуре с многоступенчатым горением жидких горючих веществ.

5. На основе полученных данных разработать экологически безопасную технологию термического обезвреживания жидких отходов разного класса опасности.

Научная новизна работы заключается в том, что разработаны теоретические и практические основы наукоемкой технологии по термическому обезвреживанию жидких производственных отходов. В плане решения этой проблемы:

1. Получены новые экспериментальные данные разрушения низконапорной струи (плёнки) жидкости в пульсирующем воздушном потоке.

2. Впервые определены основные характеристики низкочастотного акустического распылителя.

3. Впервые на основе экспериментального исследования предложена физическая модель многоступенчатого сжигания топлива в режиме пульсаций.

4. Разработаны теоретические и практические основы многоступенчатого сжигания жидких горючих отходов в режиме пульсаций.

Достоверность основных научных результатов обусловлена применением при разработке модели фундаментальных положений теории колебаний, подтверждена удовлетворительным совпадением расчётных и экспериментальных данных, полученных на аттестованном оборудовании с соблюдением метрологических требований, с известными опубликованными данными, а также проведением большой серии тестовых расчётов.

Практическая ценность полученных результатов. Разработан низкочастотный акустический распылитель, который опробован на таких жидких горючих, как отработанные масла, отходы ГСМ, сырая нефть, текучие нефтеотходы с механической примесью, высокомолекулярные жидкие вещества (пиролизные смолы, лако-красочные отходы, отходы растворителей, СОЖ). На основе опытных данных сформулированы рекомендации по разработке низкочастотных распылителей. Разработана и создана трёхступенчатая камера пульсирующего горения, ее основные характеристики исследованы при сжигании различного класса жидких горючих веществ: товарных топлив, отходов горючесмазочных материалов, нефтехимической отрасли и т.д. Установлено, что характеристики трехступенчатой камеры не уступают основным характеристикам одноступенчатой камеры пульсирующего горения, а по шумовому загрязнению окружающей среды разработанная камера имеет улучшенные показатели. Примечательно то, что сжигание горючего вещества в несколько ступеней позволяет разработать камеру пульсирующего горения большой производительности. Предложенные математические модели с достаточной достоверностью можно использовать для оптимизации режимных и геометрических параметров многоступенчатой камеры на стадии разработки. Разработана и внедрена в производство ООО «Экология» («Нефтехимкомбинат» г.Нижнекамск, акт внедрения №626/13 от 19.09.01) установка «Акула-1 Ж», предназначенная для сжигания пиролизных смол с попутной утилизацией тепла; воздухоподогреватель ЭМ-1 («Татвториндустрия», г.Казань, акт внедрения №6 от 25.12.03); обогреватель КУНГа (ЗАО «Иркам», г.Наб.Челны, акт реализации научных исследований №174 от 5.12.03).

Кроме того, работа камеры испытана в сочетании с химическим нейтрализатором, что позволило сделать важный практический вывод о возможности разработки высокоэффективной технологии термического способа обезвреживания высокотоксичных отходов: ядохимикатов, реакционных масс, жидких ракетных топлив (гептил). Благодаря своей универсальности по отношению к топливу (одинаково эффективно сжигаются товарное топливо и жидкие горючие отходы), разработанная камера может широко применяться во многих наукоемких технологиях как высокоэффективный горелочный узел.

Автор защищает:

1. Результаты исследований взаимодействия низконапорной струи жидкости с газовой струей.

2. Физическую модель многоступенчатого сжигания жидкого горючего в пульсирующем режиме.

3. Результаты экспериментальных исследований и аналитического решения задачи устойчивости в сложном колебательном контуре с многоступенчатым горением.

4. Результаты экспериментальных исследований и численного решения задачи поведения капли в пульсирующей газовой среде, заключённой в длинной цилиндрической трубе, открытой с двух концов.

5. Полномасштабную модель трёхступенчатой камеры пульсирующего горения.

Апробация работы. Диссертационная работа, отдельные её разделы и результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях и сессиях:

- Межвузовский научно-технический семинар «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика» (г.Казань, КФВАУ, 1992-2000 г.г.);

- XIII, XIV, XV Всероссийская научно-техническая конференция. (г.Казань, КФВАУ, 2001-2003 г.г.);

- X Сессия Российского Акустического Общества. (г.Москва, 2000г.);

- Всероссийская научно-практическая конференция «Экологичность ресурсо- и энергосберегающих производств на предприятиях народного хозяйства» (г.Пенза, 2002г.);

II Межрегиональный симпозиум «Проблемы реализации региональных целевых программ энергосбережения» (г.Казань, 4-6 декабря 2002г.);

- Всероссийская научно-практическая конференция «Наука и инновационные технологии для регионального развития» (г.Пенза, 2003г.)

- III Международная конференция «Проблемы промышленной теплотехники» (г.Киев, Украина, 2003г.)

- III Международная научно-практическая конференция «Экология и жизнь». Сборник материалов, ч. 1 (г.Пенза, 2000);

- Ill Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы и методология утилизации РДТТ и ракетных топлив», посвященная 90-летию со дня рождения Я.Ф.Савченко (г.Бийск, 2003 г.);

IV Международный симпозиум «Ресурсоэффективность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования» (г.Казань, 18-20 декабря 2003 г.).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах /79-92, 168-177/ и в 9 авторских свидетельствах об изобретениях и патентах /53, 103, 132,137-141, 167/.

Личное участие автора. Автору принадлежат постановка рассмотренных с соавторами задач, обсуждение и анализ полученных результатов, основные экспериментальные результаты, научное руководство по созданию опытно-промышленной водогрейной установки «Акула-1Ж».

Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений.

Первая глава посвящена анализу химического и морфологического составов и особенностей горения различных отходов производств, в том числе имеющих высокий класс токсичности; анализу состояния исследований по диспергированию струи жидкости в газовом потоке; рассмотрению основных факторов интенсификации процессов горения и подходов к построению модели горения капель в стационарном газовом потоке и особенностям математического моделирования горения капель в камерах сгорания энергетических установок в условиях неустойчивости. В этой же главе приводится обзор состояния вопроса по исследованию шумовых характеристик камер пульсирующего горения и их улучшению. Отмечена актуальность данной темы. На основе анализа известных работ обоснована необходимость детального изучения физических процессов, протекающих при взаимодействии низконапорной струи (плёнки) жидкости с пульсирующим газовым потоком, необходимость исследования устойчивости колебательного процесса в трубах, открытых с двух концов, при наличии факела пламени, а так же поведения в них капель жидкого горючего. Предложена схема организации пульсирующего горения в несколько ступеней. Описана сущность данной схемы. Выдвинуто предположение, что при прочих равных условиях многоступенчатые камеры пульсирующего горения по сравнению с одноступенчатыми камерами будут иметь улучшенные акустические характеристики.

Во второй главе приводится описание испытательного стенда, инструментальной базы и результатов исследования механизма диспергирования низконапорной струи жидкости воздушным потоком. Исследования проводились с целью: выявления закономерностей разрушения струи (пленки) жидкости в пульсирующей газовой среде; установления физической картины разрушения струи жидкости, подаваемой в пульсирующий газовый поток; влияния конструктивных особенностей устройств ввода жидкости в газовую струю на механизм распыла; определения дисперсных характеристик (спектр размеров капель) распылителя и профиля удельных потоков жидкости по сечению факела (распределение массы жидкости в распыленной струе); определения зависимости спектра размеров капель от акустических и газодинамических параметров воздушной струи и расхода жидкости. Испытательный стенд позволяет исследовать эти процессы при разных параметрах течения воздушного потока. Изменяемыми параметрами являются средняя скорость воздушного потока, её колебательная составляющая, частота колебаний. Кроме того, стенд позволяет завизуализировать картину разрушения струи жидкости. Установлено, что наложение на скорость стационарного потока колебательной составляющей приводит к значительному ускорению процесса распада струи жидкости на небольшие фрагменты. Определены характеристики факела распыла. Получено эмпирическое уравнение для определения среднего диаметра капли в зависимости от трёх параметров: массы распыляемой жидкости, средней скорости воздушного потока, частоты колебаний.

В третьей главе даётся описание низкочастотного акустического распылителя (распылитель основан на камере пульсирующего горения, работающего по принципу трубы Шмидта). Приводятся результаты экспериментальных исследований влияния избытка воздуха, длины резонансной трубы на характеристики камеры пульсирующего горения. Представлены опытные данные и их анализ по влиянию места подачи жидкости в резонансную трубу распылителя и расхода жидкости на основные характеристики факела.

В четвертой главе представлено описание полномасштабной двухступенчатой камеры пульсирующего горения, в которой топливо сжигалось в несколько ступеней, результаты определения основных характеристик этой камеры, экспериментальные данные по исследованию устойчивости колебательного процесса на заданных режимах и определению конечных координат нахождения капли в трубе, параметры шумового поля. Экспериментально обоснована возможного многоступенчатого сжигания топлива в пульсирующем режиме, который позволяет избежать основной недостаток камер пульсирующего горения - шум высокой интенсивности. Подтверждена приемлемость предложенного математического аппарата для исследования устойчивости колебательных процессов и оптимизации геометрических размеров камеры.

В пятой главе излагается математический аппарат по аналитическому исследованию устойчивости колебательного процесса в трубе, открытой с двух концов при условии вынужденных колебаний техтлоподводом. Аналитические решения получены для разных моделей теплоподвода и участков трубы, в которых располагается факел пламени. Приводится динамическая модель поведения капли в колеблющемся газовом потоке, результаты численных решений по определению траектории движения капли и времени её существования в зависимости от различных факторов: начальной скорости и угла вылета капли, её исходного диаметра, параметров пульсаций, пространственной ориентации распылителя.

В шестой главе на основе опыта эксплуатации опытно-промышленных установок обосновывается перспективность использования камер пульсирующего горения для термического способа обезвреживания промышленных отходов. Описываются основные достоинства, выгодно отличающие их от установок стационарного горения. Даётся экологическое обоснование.

Общий объём диссертации составляет 286 листов, в том числе 118 рисунков, 8 таблиц, и 177 библиографических ссылок.

Работа выполнена в Научно-исследовательской акустической лаборатории им. А.С. Фигурова, созданной при Казанском высшем артиллерийском командном училище. Автор благодарит коллектив лаборатории, лично Кириченко С.М., Ягофарова О.Х., Кондратьева А.Е., Осипова А.В., Никонова Ю.М. за всяческое содействие, оказанное при выполнении работы, а так же Ситникова О.Р. и старшего лаборанта Осипову В.И. за помощь, оказанную при оформлении работы. Выражает особую признательность д.т.н., профессору Сахабутдинову Ж.М. и ассистенту Кочневой О.С. за ценные советы и помощь при написании диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе обобщения литературных сведений установлены основные проблемы, связанные с обезвреживанием отходов разного класса опасности, доказано, что сжигание их в режиме пульсаций сужает круг проблем, проанализированы негативные факторы пульсационного горения, предложены пути их устранения и на их основе разработана наукоемкая технология по экологически безопасному обезвреживанию разных по составу и структуре отходов.

В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Установлены основные закономерности разрушения низконапорной струи жидкости в пульсирующей газовой среде. Доказано, что наложение на стационарный газовый поток пульсационной составляющей оказывает положительное воздействие на механизм разрушения струи жидкости.

2. Детально изучены характеристики низкочастотного акустического распылителя и на основе имеющихся сведений и полученных данных сформулированы основные положения по разработке эффективного акустического распылителя. К основным преимуществам разработанного распылителя следует отнести: простоту и надежность конструкции; возможность распыления широкого спектра жидких углеводородных горючих, в том числе отходов с механическими включениями; обеспечение широкого диапазона регулирования дисперсности факела распыла.

3. Разработана физическая модель многоступенчатого сжигания жидкого горючего в пульсирующем режиме. Доказано, что многоступенчатая камера пульсирующего горения сохраняет основные преимущества пульсирующего горения и по сравнению с одноступенчатыми камерами позволяет эксплуатировать камеру с большей тепловой нагрузкой и при этом имеет низкий уровень шумового загрязнения, являющегося основным препятствием в широком использовании камер пульсирующего горения в различных сферах теплоэнергетической отрасли.

4. Разработаны теоретические основы для исследования поведения капли в колеблющейся высоконагретой газовой среде и устойчивости колебательного процесса, вызванного колеблющимся источником тепла в сложном акустическом контуре с многоступенчатым горением жидких горючих веществ.

5. Разработана и внедрена в производство экологически безопасная технология термического обезвреживания жидких отходов разного класса опасности и состава.

265

1. Абзалов Р.А., Нигматуллина P.P., Хайруллина Г.Н., Гармонов С.Ю., Шакирова Л.Ш, Евгеньев М.И. Влияние мышечных тренировок на скорость ацетилирования сульфадимезина // Бюлл. эксперим. биологии и медицины. - 2000. - Т. 130. - №12. -С.620-622.

2. Акустика. Справочник / Под общ. ред. М.А.Сапожкова. М.: Радио и связь, 1989. -336с.

3. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Крюков В.Г., Наумов В.И. Математическое моделирование высокотемпературных процессов в энергосиловых установках. -М.: Наука, 1989. -256с.

4. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Черенков А.С. Основы теории физико-химических процессов в тепловых двигателях и энергетических установках. М.: Химия, 2000. -520с.

5. Алиев Т.А. Экспериментальный анализ. М.: Машиностроение, 1971.-272с.

6. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидродинамика и теплообмен. Т. 1,2. М.: Мир, 1990. -726с.

7. Артамонов К.И. Термогидроакустическая устойчивость. М.: Машиностроение, 1982.-185с.

8. Афанасьев В.В., Ильин С.В., Кидин Н.И. О механизме возбуждения поющего пламени на гомогенной смеси // Физика горения и взрыва. 2002. - №4. -С. 15-19.

9. Аэрозоли пыли, дымы и туманы / Под ред. Н.А.Фукса. Перевод с английского. - Л.: Химия, 1969.

10. Бабкин B.C., Вежба И., Карим Г.А. Явление концентрации энергии в волнах горения // Физика горения и взрыва. 2002. - №1. -С.34-36.

11. Бабкин Ю.Л. Камеры пульсирующего горения как топочные устройства паровых котлов // Теплоэнергетика. 1965. - № 9.

12. Бабкин Ю.Л., Шилин А.Н. Блок камер пульсирующего горения для мазута БКППК-5000 // Пульсационное горение: Сб. статей / НТО ЭПО, Челябинск. 1968.

13. Баев В.К., Москвичев Д.Ю., Потапкин А.В. Управление тяговыми характеристиками прямоточной камеры сгорания пульсирующего горения с помощью акустических резонаторов // Физика горения и взрыва. 2000. -№5. -С.45-47.

14. Барстейн С., Хамер С., Коста В. Модель горения струй распылённого топлива с учётом дробления капель // Детонация и двухфазные течения: Сб. статей.-М.: Мир, 1966. С.243-269.

15. Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Методы испытания установок огневого обезвреживания сточных вод // Энерготехнологические процессы в химической промышленности. М.: НИИТЭИ, 1976. -48с.

16. Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Теплодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1975.

17. Борисов А.А., Гельфанд Б.Е., Натанзон М.С., Коссов О.М. О режимах дробления капель и критериях их существования // Инж.-физический журнал, 1981. №1. -С.64-70.

18. Борисов Ю.Я. Мощные газоструйные излучатели звука и интенсификация технологических процессов: Автореф. дис.докт. техн. наук. -М.: АКИН, 1984. -41с.

19. Бурдуков А.П., Попов В.И., Федосенко В.Д. Исследование динамики горения частиц малолетучих топлив на основе измерения "термометрической" и цветовой температуры // Физика горения и взрыва. -1999. №5. -С.67-69.

20. Бухман С.В., Крылова Н.П. Исследования влияния пульсаций скорости на горение мелких угольных частиц // Пульсационное горение: Тез. докл. науч. техн. конф. - Челябинск: 1968. - С.58-63.

21. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. - 720с.

22. Вильяме Ф.А. Теория горения. -М.: Наука, 1971. -615с.

23. Галиуллин Р.Г., Галиуллина Э.Р., Пермяков Е.И. Нелинейные резонансные колебания газа в трубе с открытым концом // Акустический журнал. 1996. - Т.42. - №6. -С.769-722.

24. Галицейский Б.М., Рыжов Ю.А., Якуш Е.В. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках. М.: Машиностроение, 1977.

25. Гиневский А.С. Аэроакустическое взаимодействие. М.: Машиностроение, 1978. -178с.

26. ГОСТ 2.105-79. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. М.: Издательство стандартов, 1979.

27. ГОСТ 2.306-68. ЕСКД. Обозначения графических материалов и правила их нанесения на чертежах. М.: Издательство стандартов, 1968.

28. ГОСТ 8.011-72. Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений. М.: Издательство стандартов, 1972.

29. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. М.: Издательство стандартов, 1976.

30. ГОСТ 8.467-82. Нормативно-технические документы на методики выполнения измерений. Требования к построению, содержанию и изложению. -М.: Издательство стандартов, 1982.

31. ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности. М.: Издательство стандартов, 1983.

32. ГОСТ 17.187-81. Шумомеры. Общие требования. М.: Издательство стандартов, 1981.

33. ГОСТ 23.941-79. Шум. Методы определения шумовых характеристик. Общие требования. М.: Издательство стандартов, 1979.

34. Гретуш П.И. Воздействие звука на процессы горения // Акустический журнал. 1962. - т.8, № 4, - С.420-424.

35. Грин X., Лейн В. Аэрозоли пыли, дымы и туманы. - JL: Химия, 1966. -428с.

36. Гунько Б.Н., Соловьев В.В. Интенсификация гомогенного горения низкочастотными пульсациями / Труды ИГИ. T.XVIII. - Вып.64. -1962.

37. Дамбден Д.И., Мостинский И.Л. Испарение капли, тормозящейся в среде горячего газа. // ПМТФ. 1976. - № 1. - С.73-79.

38. Данилов С.Д., Миронов М.А. Сплющивание и дробление капли в звуковом поле. // Акустический журнал. 1987. - Т.ЗЗ. -С.233-238.

39. Дитякин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1977. -208с.

40. Дубровский О.В. Экспериментальное исследование пульсационного горения жидкого топлива в камерах сгорания стационарных газотурбинных установок // Теплоэнергетика. 1959. -№ 6. - С.56-61.

41. Евгеньев М.И., Гармонов С.Ю., Багнюк В.П., Максудова С.Е., Кочергин А.В. Диагностика фенотипа ацетилирования при обеспечении безопасности производственного персонала // Медицина труда и промышленная экология. 2002. - №11. -С. 35-38.

42. Евгеньев М.И., Гармонов С.Ю., Гисмятов Р.Г, Шитова Н.С., Зыкова И.Е. Неинвазивные методы определения фенотипа ацетилирования // Вопросы медицинской, биологической и фармацевтической химии. 2003. -№3. -С. 15-19.

43. Евгеньев М.И., Гармонов С.Ю., Шакирова Л.Ш., Погорельцев В.И. Метод определения фенотипа ацетилирования при использовании сульфадимезина как фармакогенетического маркера // Хим.-фарм журнал. -2000. Т.34. -№11. -С.5-8.

44. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. Л.: Наука, 1974.-108с.

45. Замащиков В.В. О горении газа в узкой трубке // Физика горения и взрыва. 2000. - №2. -С. 13-17.

46. Защита от оружия массового поражения. Справочник / Под ред. В.В. Мясникова. М.: Военное издательство, 1989. -398с.

47. Иванова Г.М. и др. Теплотехнические измерения и приборы. Учебник для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1984. -232с.

48. Ильченко М.А., Крютченко В.В., Мнацаканян Ю.С. Устойчивость рабочего процесса в двигателях летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1995.-320с.

49. Индустриальная программа обработка изображений «SIAM-600 General Description».

50. Инструкция по нейтрализации технических средств после работы со специальными топливами. М.: Воениздат, 1993. -104с.

51. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.-Л.: Энергия, 1965.-423с.

52. Камера пульсирующего горения для подогрева воды: Патент 2156401 от 10.06.98. /Г.И. Павлов, Г.А. Глебов, В.В. Лоос, В.Г. Корчагин.

53. Каракчиев Н.И. Военная токсикология и защита от ядерного и химического оружия. Ташкент: Медицина, 1988.

54. Кацнельсон Б.В., Таракановский А.А. Исследование сжигания жидкого топлива в пульсирующем потоке // Высокофорсированные огневые процессы: Сб. статей. -М.-Л.: Энергия, 1967. -С.264-282.

55. Кацнельсон Б.В., Таракановский А.А. Сжигание топлива в пульсирующем потоке // Сб. статей / Труды ЦКТИ. №64. - 1965.

56. Кнорре Г.Ф. и др. Теория топочных процессов. М.-Л.: Энергия, 1966. -491с.

57. Кондратьев Е.Г., Саломыков А.И. Теория ракетных двигателей. -М.: Министерство обороны, 1972. -480с.

58. Ксенофонтов С.И., Денисов Ф.Т., Сытин В.Г. Определение размеров дисперсных частиц продуктов сгорания с применением ЭВМ // Физика и химия процессов горения: Межвуз. сб. науч. Трудов / ЧГУ, Чебоксары. 1992.-92с.

59. Кулагин JI.B., Макаров В.В. Дисперсные характеристики форсунок с пленочным истечением жидкости // Теплоэнергетика. 1979. -№6. -С.25-31.

60. Кулагин JI.B., Охотников С.С. Сжигание тяжелых жидких топлив. М.: Недра, 1967.

61. Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутренние течения газовых смесей. -М.: Наука, 1989. -368с.

62. Лопырев В.А., Долгушин Г.В., Воронков М.Г. Прикладная химия 1,1-диметилгидразина и его производных // Журнал прикладной химии. -1988. Т71. - Вып.8. -С. 1233-1248.

63. Малинин Б.Н. Влияние положения сечения максимального тепловыделения пламени на возбуждение поперечных колебаний газа // Изв. АН. Энергетика. 1995. - №5. -С.154-159.

64. Малинин Б.И. К вопросу о механизме самовозбуждения и самоподдержания поперечных колебаний газа при горении // Изв. АН. Энергетика. 1998. - №2. - С. 135-140.

65. Марголин А.Д. Вибрационное горение в некоторых модельных устройствах. Казань: КГУ, 1970. -142 с.

66. Мароне И.Я. и др. Конвективный теплообмен от пульсирующего потока продуктов сгорания к трубам. // Пульсационное горение: НТОЭ и ЭП, Челябинск, 1968. -С.25-31.

67. Михайлов Е.А. и др. Пульсационные форсунки // Строительные и дорожные машины. Вап.5. Ярославль: ЯПИ, 1981. -с.64.

68. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. М.: Химия, 1979. -424с.

69. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных. -JI.: Судостроение, 1980. -384с.

70. Назаренко Т.Н., Галиуллин Р.Г., Рыбалкин П.С., Стельмаков В.П. Теплотехнический расчёт и результаты испытаний паровых котлов на вибрационном горении // Промышленная энергетика. 1983. - №10. -С.47-49.

71. Натанзон М.С. Матрицы частотных характеристик процесса горения // Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт. 1983. - №2. -С.110-119.

72. Натанзон М.С. Неустойчивость горения. М.: Машиностроение,1986. -248с.

73. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1. М.: Наука,1987.-486с.

74. Новицкий Б.Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. М: Химия, 1983. -190с.

75. Новицкий П.В., Зеграф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. -JI.: Энергоатомиздат, 1985. -248с.

76. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени / Перевод с англ. под ред. Ю.Ф. Дитякина. М.: Машиностроение, 1981. -406с.

77. Обрезков О.И., Пикалов В.П. Исследование взаимодействия процессов горения с акустическими колебаниями / ФГВ. 1981.- № 3. -С.181-183.

78. Павлов Г.И., Борисов С.Н. О распыле жидкости в пульсирующей газовой среде // Наука и инновационные технологии для регионального развития: Сб. статей Всерос. научн.- практ. конф. Пенза: 2003. - С. 113-116.

79. Павлов Г.И., Вишнёв И.Ц., Кочергин А.В. Сжигает отходы и нагревает воду без дыма и без пыли // Российский специализированный журнал «Энерго». 2001. - № 1. - С.44-47.

80. Павлов Г.И., Глебов Г.А., Дияров Р.К., Кузьмуксв В.И. Опыт пульсационного сжигания попутного газа в водогрейных котлах НГДУ «Чернушканефть» / НТС. Тезисы. Казань, 1998.

81. Павлов Г.И., и др. Обеспечение экологической безопасности технологии утилизации жидких ракетных топлив // Экология и жизнь: Сб. материалов III Международной НПК. 4.1. Пенза: 2000. -С. 126-128.

82. Павлов Г.И. Исследование физических принципов вибрационного слоевого горения в коаксиальной камере // Вестник КГТУ, №2. Казань: КГТУ, 2003. -С. 13-16.

83. Павлов Г.И., Кочергин А.В., Гармонов С.Ю., Иванов А.В., Морозов В.В. Утилизация изношенных шин: экологические аспекты // Экологический вестник 2004. - № 3. - С.26-32.

84. Павлов Г.И. О шумовых характеристиках камеры пульсирующего горения // Сборник научно-технических статей. Казань: КФВАУ, 2003. С.38-41.

85. Павлов Г.И., Сахабутдинов Ж.М., Кочнева О.С. Анализ термически возбуждаемых пульсационных колебаний газа в цилиндрической трубе // Изв. вузов. Проблемы энергетики. №3-4. Казань: КГЭУ, 2004. С.13

86. Павлов Г.И., Сахабутдинов Ж.М., Кочнева О.С. Анализ устойчивости термически возбуждаемых пульсационных колебаний газа в цилиндрической трубе // Математика. Компьютер. Образование: Тр. XI Междунар. конф. Дубна: ОИЯИ, 2004. -С. 146.

87. Павлов Г.И., Сахабутдинов Ж.М., Кочнева О.С. Устойчивость термически возбуждаемых пульсационных колебаний газа в цилиндрической трубе // Проблемы промышленной теплотехники: Матер, докл. III Междунар. конф. Киев: 2003. -С.437-440.

88. Павлов Г.И., Сахабутдинов Ж.М., Кочнева О.С. Экспериментально-теоретические исследования нестационарного взаимодействия горящей капли с акустическим потоком газа в трубе // Вестник Казанского технологического университета. 2004. - №3.

89. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыливания жидкостей // Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. -М.: Химия, 1984.

90. Палеев И.И., Кацнельсон Б.Д., Таракановский А.А. Теплообмен и массообмен частиц в потоке при пульсации. // Сб. статей / Труды II Всесоюзной научно-технической конференции по вибрационному горению. Казань, 1963.-С. 150-162.

91. Парогенератор: А.с. 580400 от 1977. / Северянин B.C., Лысков В .Я., Шилин А.Н.

92. Пашковский Б.С., Кулагин Л.В., Тебеньков Б.П. Эффективность применения акустических колебаний в процессах распыливания жидкихтоплив // Теплоэнергетика. 1974. - №10. -С.28-31.

93. Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. -М.: Машиностроение, 1972. -332с.

94. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / Под ред. Э.К. Лецкого. М.:Мир, 1977.

95. Погер М.А., Экнадиосян O.K. Пневмоакустическое распыление жидкости // Акустический журнал. 1974. - Т.20. - № 4. - С.602-607.

96. Подымов В.Н., Северянин B.C., Щёлоков Я.М. Прикладные исследования вибрационного горения. Казань: КГУ, 1978.

97. Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. Основы практической теории горения. Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат, 1986.-312с.

98. Попов А.Г., Дегтев О.Н., Перспектива использования пульсирующего горения в энергетике // Пульсационное горение: Тез. докл. Науч. -техн. конф. Челябинск: 1968. - С.97-99.

99. Предпусковой подогреватель: Патент 2168651 от 5.11.99. / Г.И. Павлов.

100. Пульсирующее горение // Сб. работ Ф.К. Рейнста / Пергамон Пресс: Нью-Йорк-Лондон. -1961.

101. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978.261с.

102. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. -М.: Машиностроение, 1964. -524с.

103. Раушенбах Б.В. Вибрационное горение. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. -498с.

104. Рид Р., Паусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Справочное пособие / Пер. с англ. под ред. Б.И.Соколова. Л.: Химия, 1982. -591с.

105. Сборник научных трудов / I Международный симпозиум по пульсирующему горению. Шеффилд, Англия: Шеффилдский унив., 1971.

106. Сборник научных трудов / II Международный симпозиум по пульсирующему горению. Атланта, США: Институт исследования газа и лаборатория Баттэля, 1982.

107. Северянин B.C. Горение частицы твёрдого топлива в пульсирующем потоке // Изв. вузов СССР. Сер. Энергетика. 1975. - №6. -С. 144-146.

108. ИЗ. Северянин B.C., Дерещук Б.М. О перспективах использования пульсирующего горения // Изв. вузов СССР. Энергетика. 1977. - №5. -С.138-143.

109. Северянин B.C. и др. К использованию устройств пульсирующего горения для очистки газа // Изв. вузов СССР. Сер. Энергетика. 1975. - №11. - С.131-134.

110. Северянин B.C. Исследование сжигания топлива в пульсирующем потоке // Сб. статей / Труды II Всесоюзной научно-технической конференции по вибрационному горению. Казань: КГУ, 1963.

111. Северянин B.C. О коагуляции частиц в звуковом поле. // Сжигание топлив с минимальными выбросами: Сб. статей / АН ЭССР, Таллин. 1974. -С.121-125.

112. Северянин B.C. Распыление топлива пульсирующим газовым потоком // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 1992. - № 1, - С.114-120.

113. Северянин B.C. Сжигание угольной пыли в пульсирующем потоке // Сб. статей / Труды II Всесоюзной конференции по пульсирующему горению твердых топлив. 1965. -С.340-345.

114. Северянин B.C., Смоленский B.C., Кацевич В.К., Качинова Л.В. Экспериментальное исследование пульсационной горелки для сжигания дизельного топлива // Изв. вузов СССР. Сер. Энергетика 1984. - №5. -С. 105108.

115. Северянин B.C. Установки пульсирующего горения // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 1995. - №1. - С.32-40.

116. Сильнодействующие ядовитые вещества и защита от них. М.: Военное издательство, 1989. -176с.

117. Способ биодеструкции гептила: Патент РФ 98102248.

118. Способ очистки газов от паров горючих жидких ракетных топлив и органических веществ: Патент РФ 2056396.

119. Способ очистки промышленного оборудования от остатков НДМГ: Патент РФ 2140905.

120. Способ утилизации азотосодержащих ЖРТ: Патент РФ 93040892.

121. Справочная книга по охране труда в машиностроении / Г.В. Бектобеков, Н.Н. Борисова, В.И. Короткое и др.: Под ред. О.Н. Русака Л.: Машиностроение, 1989.-541с.

122. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под ред. А.А. Русанова. -М.: Энергия, 1975. -С.73.

123. Струмпэ Н.В., Фурлетов В.И. Анализ режима вибрационного горения энергетическим методом // Физика горения и взрыва. 1990. - №6. С.42-53.

124. Теория и практика пульсационного сжигания газа. / Труды ЦКТИ. № 64. - 1965. -С.110.

125. Теория и техника теплофизического эксперимента. Учебное пособие для вузов / Гортышов Ю.Ф., Дресвяников Ф.Н., Идиатуллин Н.С. и др.: Под ред. В.К. Щукина. М.: Энергоатомиздат, 1985. -306с.

126. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник / Под ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. -512с.

127. Термогазодинамический аппарат для ремонта дорог с асфальтным покрытием: А.с. 15896 от 20.11.2000. / Г.И. Павлов, С.М. Кириченко, О.Х. Ягофаров.

128. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник / Под ред. В.П. Глушко. М.: ВИНТИ, 1973. - Т.З. -489с.

129. Технологическое пульсационное горение / Попов В.А., Северянин B.C., Авакумов A.M., Лысков В .Я., Щёлоков Я.М. М.: Энергоатомиздат, 1993. -320с.

130. Труды 25 Гос. НИИ МО РФ. Вып.51. - 1998.

131. Устройство для подогрева воздуха: А.с. 570758 от 1977. / B.C. Северянин, Г.Д. Байдук, В.Н. Самосюк.

132. Устройство для сжигания высокозольных твердых отходов: А.с. 14636 от 9.02.2000. / Г.И. Павлов, Г.А. Глебов, Е.В. Мартынов.

133. Устройство для сжигания кускового твердого топлива в пульсирующем потоке: А.с. 1123 от 28.01.94. / Г.И. Павлов, Т.И. Назаренко, Ю.В. Ваньков, А.В. Кочергин.

134. Устройство для сжигания твердых отходов в пульсирующем потоке: А.с. 14268 от 9.02.2000. / Г.И. Павлов, И.Ц. Вишнев, А.В. Кочергин.

135. Устройство для сжигания топлив в пульсирующем потоке: А.с. 11302 от 10.08.98. / Г.И. Павлов, А.В. Кочергин, И.Ц. Вишнев, П.В. Накоряков.

136. Устройство пульсирующего горения для подогрева жидкости: Патент 2156402 от 10.06.98. / Г.И. Павлов, Г.А. Глебов, В.В. Лоос, В.И. Кузьмуков.

137. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967. -492с.

138. Фурлетов В.И. Горение гетерогенных и газовых систем // Химическая физика процессов горения и взрыва. 1977. - С. 16-22.

139. Харкевич А.А. Автоколебания. М.: Гостехиздат, 1953. -170с.

140. Харье Д.Т., Рирдон Ф.Г. Неустойчивость горения ЖРД. М.: Мир, 1975.-872с.

141. Худяев С.И. Влияние фазового перехода на процесс воспламенения // Физика горения и взрыва. 2003. - №6. -С.26-29.

142. Шакуров Р.Ф. Исследование механизма горения твёрдых горючих веществ в трубе Рийке: Автореф. дис. канд. техн. наук. Казань: 2001.

143. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972.382с.

144. Щелоков Я.М. Интенсификация горения газа методом вибрации // Газовая промышленность. 1970. - №9. -С.31-33.

145. Щелоков Я.М. Камеры вибрационного горения и их промышленное применение // Промышленная энергетика. 1970. - № 9. -С.56-57.

146. Шурыгин А.П., Черненко Н.А., Бернадинер М.Н. // Химическая промышленность. 1975. - № 8, - С.28-31.

147. Чернорай В.Г., Грек Г.Р., Катасонов М.М., Козлов В.В. Генерация локализованных возмущений вибрирующей поверхностью // Теплофизика и аэромеханика. 2000. - №3. -С.339-351.

148. Чистяков С.Ф., Радун Д.В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1972. -392с.

149. Чучкалов И.А., Абруков С.А. Вибрационное распространение пламени. Учебное пособие. Чебоксары: ЧГУ, 1975. -116с.

150. Corvalco J.A., Ferreira М.А. Definition of Heater Lokation to Drive Maximum amplitude // Acoustik Oscillations in a Rijke Tube / Combustion and flame.- 1989. -P. 17-27.

151. Carvalho J.A., Mcquay M.Q. and Gotac P.R. The Interaction of Liquid Reacting Droplets with the Pulsating flow in a Rijke-Tube Combustor // Combustion and Flame. №108. - pp.87-103. - 1997.

152. Dabora E.K. Production of Monodisperse Sprays // Rev. Sci. Instr.,38, №4, р.502-1967.

153. Hyun-Gull Yoon, John Peddieson Jr., Kenneth R. Purdy. Mathematical modeling of a generalized Rijke tube // International Journal of Engineering Science. №36. - pp. 1235-1264. - 1998.

154. Kumagai S., Isoda H. Fifth Symposition (International) on Combustion. Pittsburgh: The Combustion Institut, 1955. -P.129.

155. Lemlich Robert, Hwu Chung-Kong. The effect of acoustic vibration on forced convective heat transfer, A.J.Ch.E. Journal, V.7, № 1, 1961.

156. Pedro T. Lacava, Joao A. Carvalho Jr., Mardson Q. Mc. Quay. Pulsating combustion characteristics of a spray flame in a Rijke tube with two different atomizers. Fuel Vol. 76. 1997. - No.9. - P.845-851.

157. Perry E.H., Culich F.E. Combast. Sci. and Technol., 1974, V.9, № 2,p. 49.

158. Pulsating Combustion // The Collected Wechs of F.H. Reynst / Pergamos Press. 1959.

159. Reynst F.H. Pulsating, pressure generating combustion system for gas turbines. ASME Paper N 55-A-56, November, 1955.

160. Romie F.E. Heat transfer to fluids flowing with velocity pulsations in a pipe. Thesis, University of California, June 1956.

161. Taibly C.R., Berkovitch J., The effect of sonic vibrations on heat transfer from town gas flames., Trans., Inst., Chem. Engineers, V.36(l), № 13, 1958.

162. Кириченко C.M., Кочергин A.B., Павлов Г.И., Хлюпов В.В., Ягофаров О.Х. Свидетельство на полезную модель № 15896, Бюл. № 32, 20.11.2000 г.

163. Павлов Г.И., Абдракитов А.Н., Ситников О.Р. Исследование конвективной теплоотдачи от продуктов сгорания к стенкам камеры пульсирующего горения цилиндрической формы // Тез. докл. научн.- техн. сем. Казань: КГЭУ, 2003. - С. 17-19.

164. Павлов Г.И., Абдракитов А.Н., Ситников О.Р. Термический метод обезвреживания жидких ракетных топлив // Сб. научн. статей практ. конф. Бийск: РАРАН, 2003. - С.8-12.

165. Павлов Г.И., Алтунин B.C., Кочергин А.В., Назаренко Т.И., Ситников О.Р. Возможность использования конверсионных артиллерийских систем для создания пожарных экранопланов // Известия вузов. Авиационная техника. 1998. № 2. - С.70-75.

166. Павлов Г.И., Гармонов С.Ю., Каленов В.В., Калиновский А.Е.

167. Павлов Г.И., Назаренко Т.Н., Ситников О.Р. Импульсная пушка, как средство пожаротушения // Тез. докл. межвуз. научн. техн. сем. -Казань: КВВИУ РВ, 1997. - С.99.

168. Основные технические характеристики информационно-измерительного комплекса MIC-200

169. Наименование параметра Значение

170. Диапазон измерения по амплитуде, В ±5,12

171. Частотный диапазон измерений, Гц 3.20000

172. Предел основной погрешности на базовой частоте,% 0,4

173. Частота среза фильтров низких частот, Гц, с шагом 40000/N, где N=2,3,.500 80.20000

174. Коэффициенты усиления 1; 2; 4; 8; 16; 32; 64; 128

175. Неравномерность АЧХ, дБ 0,5

176. Напряжение питания, В 9-201. Габариты, мм 295x238x1151. Масса, кг 5,0

177. Основные технические характеристики пьезоэлектрического преобразователя J1X-610

178. Наименование технических данных Единица измерения Действительное значение Примечание

179. Диапазон измеряемых уровней звукового давления Дб 150-194

180. Диапазон измеряемых пульсаций давления Н/м2 (0,05-5,0)* 105

181. Диапазон статических давлений Н/м2 (0,05-5,0)хЮ6

182. Частотный диапазон Гц 3-10000

183. Собственная емкость датчика пФ 1600±400

184. Чувствительность датчика при нагрузке Сц=4700 пФ, Яц>1,5 Ом

185. А) в диапазоне пульсаций давления от 5 х 103 до 5 х 105 Н/м2, не менее мкВ 3,5+0,5

186. Б) в диапазоне акустических давлений от 150 до 194 Дб I группа II группа III группа Н/м2 4,5-1,0 6,0±1,0 12±5

187. Диапазон рабочих температур °К 77-473

188. Давление окружающей среды мм рт.ст. (4-6)Х10"4-800

189. Виброэквивалент дБ/g (H/M2/g) <135(112)

190. Виброускорепия в диапазоне частот 10-5-10000 Гц - в диапазоне частот 1-5 кГц g 0,5-100 100-2001. Линейные ускорения g 15

191. Время непрерывной работы с 100 при 223-323 К1. Ресурс цикл 10

192. Основная погрешность при измерении пульсаций давления в диапазоне 150-194 Дб ±1,6 (20,0) ±1,16(14) в диапазоне 293-473 К при наличии данных о температуре

193. Основные технические характеристики цифровой измерительной регистрирующей системы К484/2

194. Наименование технических данных Действительное значение Примечание

195. Диапазон измерения и регистрации напряжения постоянного тока обеих полярностей от 0,5 мВ до 1000 В на поддиапазонах 1 10-100- 1000 В

196. Количество каналов измерения и регистрации 30 каналов

197. Полный цикл работы таймера 23 ч 59 мин 59,99 с

198. Погрешность выдачи сигналов времени, не более ±0,02 % во всем диапазоне рабочих температур и изменений напряжения питания

199. Предел основной допустимой относительной погрешности измерения напряжения ±0,6 % на под диапазоне 1В

200. Время самопрогрева системы, не более 30 мин

201. Климатические условия эксплуатации температура окружающего воздуха - относительная влажность - атмосферное давление +10-Н-35 °С до 80 % 84-106 кПа при +35 °С (630-800 мм рт. ст.)

202. Питание системы от сети переменного тока напряжение - частота 220 В ° % 50±1 Гц

203. Потребляемая мощность от сети 100 ВА

204. Масса, не более 32 кг с соединительными кабелями

205. Основные технические характеристики оптического дымомера ДО-1

206. Наименование параметра Значение

207. Предел допустимых значений основной приведенной погрешности от верхнего значения диапазона измерения, % ±2

208. Диапазон измерения по непрозрачности, % 0-100

209. Коэффициент пропускания контрольного светофильтра 0,74±0,05

210. Эффективная длина просвечивания, м 0,43

211. Питание дымомера, В 220±22 или 12

212. Расстояние между детектором оптическим и измерителем дыма, м до 4,01. Габариты, мм:детектора оптического 555x310x255измерителя дыма 200x190x1501. Масса, кг:детектора оптического 3,2измерителя дыма 2,1

213. Основные технические характеристики газоанализатора ДАГ-16

214. Наименование характеристики Данные

215. Индикация Жидкокристаллический дисплей 4 строки по 16 символов с возможностью подсветки

216. Печатающее устройство Термопринтер Seiko Epson

217. Скорость печати 1,25 строк/с

218. Запоминающее устройство Для всех величин измерения, емкость 200 измерений1. Интерфейс RS-232

219. Часы Часы реального времени с календарем

220. Калибровка 200 секунд на 02 20,9%, C0-S02-N02-H2S = 0 ppm на свежий воздух

221. Автотест Функций прибора и параметров датчиков, заряда аккумулятора, при обнаружении неисправности сообщения выводятся на дисплей

222. Электропитание От сети 2205/50Л/, автономное от встроенного аккумулятора 6В, ААч

223. Время автономной работы Не менее 16 часов, с контролем уровня заряда

224. Температура эксплуатации +10-+40 °С

225. Зонд забора газа Зонд длиной 300 1500 мм с теплоизолирующей ручкой, встроенным термоэлементом для измерения температуры воздуха и термопарой, переставляемым опорным конусом1. Вес прибора 3,3 кг

226. Полная масса комплекта 5,8 кг

227. Размеры прибора 275*150x110 лш