автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Теоретическое обоснование создания газогенераторов на твердом топливе с порошкообразными емкостными охладителями

На правах рукописи

Коломин Антон Евгеньевич

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СОЗДАНИЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ С ПОРОШКООБРАЗНЫМИ ЕМКОСТНЫМИ ОХЛАДИТЕЛЯМИ

05.07.05. - тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь - 2006

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете

Научный руководитель - Серебренников Сергей Юрьевич, доктор

технических наук, профессор Официальные оппоненты - Сальников Алексей Федорович, доктор технических наук, профессор — Тодощенко Анатолий Иванович, кандидат технических наук Ведущая организация - ФГУП «Научно-исследовательский институт полимерных материалов», г. Пермь

Защита состоится «05» июля 2006 г в /Стасов на заседании диссертационного совета Д 212.188.06 при Пермском государственном техническом университете (614000, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, ауд. 212).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан " 02" 2006 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

В.И. Свирщёв

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Одним из путей предотвращения и (или) сведения к минимуму последствий техногенных катастроф, природных катаклизмов и терроризма, является создание аварийно-спасательных систем. Все множество типов аварийно-спасательных систем объединяет одно свойство: они задействуются от независимых источников энергии. В большинстве случаев такими источниками являются либо баллоны сжатого (сжиженного) газа, либо электрические аккумуляторы. Недостатками выше перечисленных устройств являются: низкая надежность срабатывания, необходимость постоянного обслуживания и большая зависимость от температуры эксплуатации. Поэтому возникает множество отказов аварийных систем, что влечет за собой крайне тяжелые последствия. В этом отношении для аварийно-спасательных систем идеально подходят в качестве источников энергии твердотопливные газогенераторы (ТТТТ). Твердотопливные газогенераторы сочетаются с любым типом приводов и в состоянии обеспечить большинство видов энергии. На базе газогенераторов с этими топливами стало возможным создание принципиально новых аварийно-спасательных систем. Источники холодных и чистых продуктов сгорания ТПТ, позволяют создать целую гамму аварийно-спасательных систем с силовыми пневмоцилиндрами: тормозные системы для автомобильного и железнодорожного транспорта, пневмо-газоприводы для шаровых кранов магистральных газопродуктопроводов и т.д. Эти системы могут включаться как в АСУ защищаемого объекта, так и иметь собственную автоматику управления. Выше указанные источники холодных и чистых продуктов сгорания ТТГТ являются низкотемпературными газогенераторами на твердом топливе (НТГГ). Преимущества применения Hill для аварийно-спасательных систем состоит в следующем: высокая надежность, компактность, быстрое развертывание, большой гарантийный срок службы, отсутствие периодических проверок и регламентных работ, большой температурный диапазон, независимость рабочих параметров от температуры эксплуатации. Однако недостаточно изучены термодинамические и теплофизические процессы понижения температуры с учетом различных факторов. Поэтому данные исследования являются актуальными.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является теоретическое обоснование создания низкотемпературных твердотопливных газогенераторов с порошкообразными емкостными охладителями, обеспечивающих заданные характеристики аварийно-спасательных систем.

Для достижения указанной цели необходимо:

1. Выявить характерные параметры процесса теплообмена при фильтрации горячего газа через порошкообразный емкостный охладитель. Определить условия образования волны теплообмена, состоящие в соблюдении количественных соотношений для выявленных параметров процесса.

2. Экспериментально подтвердить существование волны теплообмена при фильтрации продуктов сгорания газогенераторного топлива через порошкообразный емкостный охладитель при определенных выше условиях

образования волны. Разработать характеристики порошкообразного емкостного охладителя, комплексно описывающие эффективность его работы. Экспериментально определить их значения и сравнить с подобными характеристиками других охладителей.

3. Экспериментально исследовать и определить максимальные плотности перспективных порошковых материалов охладителя.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать рекомендации проектирования порошкообразных емкостных охладителей с учетом значений основных параметров, которые обеспечивают волновой теплообмен. С применением этих рекомендаций рассчитать параметры низкотемпературных газогенераторов для обеспечения работы аварийно-спасательных систем.

МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ. Использованы методы и подходы теории фильтрации газа через пористую среду, теплообмена в дисперсной среде, газовой динамики, математического моделирования, проектирования, конструирования и проведение испытаний нестандартного оборудования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. Выявлены характерные параметры процесса теплообмена в порошкообразном емкостном охладителе. Проведены теоретические исследования влияния этих параметров на процесс теплообмена. Впервые определены условия возникновения волнового теплообмена при фильтрации горячих газов, содержащих пары воды, через пористую среду.

2. Определено влияние содержания паров воды в продуктах сгорания газогенераторных топлив на распространение волны теплообмена.

3. Обнаружен эффект «замораживания» химического состава продуктов сгорания при их резком охлаждении в порошкообразном охладителе.

4. Введены характеристики охладителей: глубина охлаждения горячего газа, стабильность температуры газа на выходе из охладителя, массовая эффективность охладителя. Впервые экспериментально определены эти характеристики для порошкообразных емкостных охладителей, проведено сравнение с другими типами охладителей и показано существенное преимущество порошкообразных охладителей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ:

1. Выявленные характерные параметры теплообмена в порошкообразном охладителе могут применяться при анализе процессов теплообмена в устройствах, использующих фильтрацию горячего газа через пористые среды.

2. Разработанные методы упаковки порошкообразных емкостных охладителей позволяют уменьшить массу и габариты низкотемпературных газогенераторов и, соответственно, аварийно-спасательных систем.

3. Результаты диссертационной работы позволяют рекомендовать для использования в НТТТ серийные газогенераторные топлива с высокими эксплутационными характеристиками.

4. Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы в целом могут быть использованы при проектировании и отработке

низкотемпературных газогенераторов на твердом топливе для аварийно-спасательных систем, в авиационной и ракетно-космической технике.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Характерные параметры, определяющие возникновение волны теплообмена при фильтрации горячего газа через порошкообразный емкостный охладитель и соответствующие им условия.

2. Экспериментальные характеристики для порошкообразных емкостных охладителей.

3. Определение максимальных плотностей и коэффициентов газопроницаемости материалов охладителя.

4. Рекомендации по проектированию порошкообразного емкостного охладителя с учетом значений основных параметров, которые обеспечивают волновой теплообмен. С применением этих рекомендаций рассчитать параметры низкотемпературных газогенераторов для обеспечения работы аварийно-спасательных систем.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ работы подтверждается:

1. Использованием основополагающих уравнений теории теплообмена и фильтрации газа в пористой среде, значений термодинамических и теплофизических величин, приведённых в академических справочниках, а также известных, проверенных на практике, экспериментальных характеристик взаимодействия газа и пористой среды.

2. Хорошим согласованием результатов расчёта и проведённых в работе экспериментов, а также их совпадением с данными других авторов.

3. Применением современных аттестованных приборов, поверенных и надежных средств измерения и регистрации, опробованных методик.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработанные принципы организации волнового теплообмена, математические модели, экспериментальные установки, методики исследований и полученные в результате исследований расчётные и экспериментальные данные использованы:

- при разработке низкотемпературного газогенератора для прямоточного реактивного двигателя на порошкообразных металлических горючих;

- при проектировании низкотемпературного газогенератора для пневмодомкратов;

- при проектировании низкотемпературных газогенераторов для аварийных систем перекрытия газопродуктопроводов;

- при проектировании низкотемпературных газогенераторов для аварийных тормозных систем для железнодорожного транспорта;

- в учебном процессе кафедр РКТ и ТКА ПермГТУ.

АПРОБАЦИЯ. Результаты диссертационной работы докладывались на:

Всероссийской научно-технической конференции: Аэрокосмическая техника и высокие технологии, Пермь, 2004, 2005 гт; конкурсе на лучший научный доклад студентов и аспирантов по естественным, техническим и гуманитарным наукам, г. Пермь, 2004 г; XXV Российской школе по проблемам науки и технологий, г. Миасс, 2005 г; Всероссийской научно-технической

конференции «Ракетно-космические двигательные установки», МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, 2005 г; Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «VIII Королевские чтения», г. Самара, 2005 г.

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы; изложена на 130 страницах, содержит 40 рисунков, 16 таблиц; список литературных источников включает 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности работы (темы исследования) формулировку цели работы и основных задач, решаемых в диссертации, содержание работы по главам.

В первой главе проведен анализ проблемы создания газогенераторов на твердом топливе с заданными характеристиками: низкая и стабильная температура газа, отсутствие конденсированной фазы. Рассмотрены различные способы получения заданных характеристик. Выделен как наиболее предпочтительный способ охлаждения, основанный на фильтрации горячего газа через порошковый материал (например, через виброуплотненный песок), который позволяет получить холодный и чистый газ (В.А. Шандаков, Г.Ю. Шейтельман, В.А. Прилепкин, А.Н. Расторгуев и др., АО НПК «Алтай»). Однако в работах этих авторов, во-первых, не рассматривался эффект волнового теплообмена, который возникает при определенных условиях в процессе фильтрации. Во-вторых, они рассматривали 11 I I на основе азидов, которые обладают не столь высокими эксплутационными характеристиками, как традиционные твердые топлива. В публикациях В.И. Малинина, Е.И. Коломина, С.Ю. Серебренникова (111 "1 У, г. Пермь) теоретически показан и экспериментально обнаружен эффект возникновения волны теплообмена при фильтрации горячих газов через порошкообразные емкостные охладители. Этот эффект позволяет перейти к новым высокоэффективным охладителям и широкому применению ГТ с обычными серийными топливами в качестве источников холодного газа. Однако в рассмотренных работах не определены характерные параметры процесса и условия образования волны теплообмена; экспериментально не подтверждено ее существование при значениях параметров, которые обуславливают возникновение волны теплообмена; не рассмотрены характеристики порошкообразного охладителя, комплексно описывающие эффективность его работы; не исследованы и не определены максимальные плотности порошковых материалов охладителя; не разработаны рекомендации расчета и проектирования порошкообразного емкостного охладителя.

В результате аналитического обзора сформулированы основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе описано математическое моделирование процесса теплообмена при фильтрации горячих газов, содержащих пары воды, через порошкообразный охладитель.. Начальная температура порошка Т' в любой

точке его объема одинакова, а начальная температура газа Т* на входе в порошок постоянна. Порошковый материал макрооднороден. Поток газа в охладитель также однороден, направлен вдоль продольной оси охладителя и его расход постоянен. Процесс теплообмена при значительном отличии температур газа и порошка является сильно неравновесным, нестационарным и может осуществляться либо сразу во всем объеме порошка (объемный механизм, рис. 1а), либо в некоторой локальной зоне, занимающей небольшую часть объема и перемещающейся в направлении фильтрации (волновой механизм, рис.1 б).

т„т,

т„т.

Рис. 1. Схема процессов объемного (а) и волнового (б) теплообмена: - - Тр)у гДе а~ коэффициент теплообмена;

V, — скорость волны теплообмена

Математическая модель, описывающая процессы фильтрации и теплообмена в порошкообразном охладителе, приведена в работах Серебренникова С.Ю, Малинина В.И., {Соломина Е.И. и Антипина И.С. Порошковая среда рассматривается как множество плоских проницаемых слоев, перпендикулярных потоку газа. Для каждого слоя записываются дифференциальные уравнения баланса энтальпии и влаги и начальные условия (для первого и последнего слоя записаны также граничные условия).

Для выявления характерных параметров процессов при фильтрации горячего газа через охладитель, а так же для определения условий образования волны теплообмена, применена выше указанная математическая модель. Систему уравнений целесообразно представить в безразмерном виде.

Для этого введены масштабы времени температуры 7" и массы т :

, т'-с

»=

С!-с*р(Т0")

, Г = !г0г - тА т' = т', где т'

масса одного слоя

порошкового материала. Тогда безразмерное время - х = температура -0 = (Т- Г/;/7", масса - р = т/т'.

1. Уравнение теплообмена:

С>Ц1-=в*А -в* -20Г + + -2Г),

ат

с, -пс-, - ¡-¿0 + О/ -о0пь-,

g|-l 1

1пС,

I, а+в'/^у-

а{=аап.~---—, V, =

О./^О; 8м 1п(1+

ч

,У=й, Ъ, с

, VJ * -1, если V

«У - нормировочные множители (функции = (1 + в,р / в1)"' нормированы на 1) 2. Уравнение конденсации:

2Ув =уе-Л/(»1+«,'))

■ /I' >0, если р' ¿0,то р'

(2)

3. Начальные условия:

г = 0, 0,р=о, р'=рсй, = 0 (3)

4. Граничные условия:

^=1, 2,"=г;. (4)

Здесь введены следующие обозначения и индексы: qv к $ — теплота испарения (конденсации), массовая и мольная соответственно, а и ас — параметры релаксации температуры и концентрации пара, р' - давление насыщенных паров, р* — предэкспоненциальный множитель, Я — универсальная газовая постоянная, Му и - молекулярная масса паров и газа, е - пористость порошка, А-коэффициент теплопроводности, ср -удельная теплоемкость, Т - температура, р - плотность, V- скорость, от- масса, V - показатель степенной зависимости параметра от температуры, б^ - удельный расход газа в начальном сечении охладителя, И- число слоев охладителя (толщина слоя равна среднему размеру дисперсных частиц), 2 — массовая доля компонента; Р - порошок, g - газ, I -номер слоя порошка, V/, с — конденсат (вода), V- пар, / - теплопроводность, 0 - начальное значение, е — равновесное значение, I — слой.

Описание задаваемых параметров:

д„ = =—----; 5«- поверхность единицы объема пористой среды,

4р-с*(Т0р).в*й-па

8 -толщина слоя (равная среднему размеру частиц), с1р - средний размер пор, Ыи - критерий Нуссельта;

, лГ(г^)/£ срр{т')1с1(тр») с;

0=Ср(.Т0').С*.пь' Со= «с : С1 = С;(Г/)С°;

/сЦТ*) _ лг(Т(П /С|(гу) /Г^Щ)

^Оо)/ ДО')' ' ~ А* (7/)/ с|(Г/) / и^с где - показатель степени в формуле Ш = А

3£)Г

Р

с«(Г0')" ' Л/, Р

- коэффициент адиабаты газовой смеси;

сс _ ? _ V , с _ Щ . д _

Рассмотрены характерные параметры, оказывающие основное влияние (как будет показано ниже) на процесс теплообмена в порошкообразном емкостном охладителе:

1. ао - отношение времени пребывания выделенного объема газа в слое порошка к времени релаксации температуры в нем:

2. Ьо — отношение кондуктивного потока тепла в порошке к конвективному:

3. С - отношение изменения теплоемкости порошка (при изменении его температуры от 7"0Р до 7/) к изменению теплоемкости газа (при таком же изменении температуры):

сггсасХт>> /; )/С%(П)

ат ат срр(т0р) с$(т>

4. - доля паров воды на входе в охладитель:

У . гУ Г'У

= (8)

Ра ^ ' Ро О!

Теплоаккумулирующее качество порошкообразного охладителя можно охарактеризовать коэффициентом аккумуляции тепла <р, определив его как отношение количества тепла, полученного охладителем, к максимальному количеству тепла, которое может быть в принципе передано охладителю при нагреве его от начальной температуры Г/ до начальной температуры горячего газа Г0*:

Tf_

p »l--, где AN — число слоев, занимаемое волной теплообмена. (9)

Массовую Ет и объемную Еу энергоемкость порошкообразного охладителя можно выразить через коэффициент аккумуляции тепла <р:

Численное моделирование процессов фильтрации и теплообмена

Система уравнений, начальных и граничных условий (1 - 4) численно интегрировалась по безразмерному времени т от значения 0 до - 100 .. 1800. При этом параметры задачи варьировали в пределах: N = 100..2000; ац = 0,001..»; &о = 0..100; С = 0,2..5. На каждом шаге интегрирования

вычислялись величины fff,6f,с,-,gt,, Z*.

Рассмотрим предельные случаи:

1. Фильтрация сухого газа ( Zq = 0, juJ = 0 ).

а) А0 = 0, Cj = 1, варьируется параметр а0.

Результаты расчета показали явно выраженный волновой характер теплообмена при ад ¿0,1 и объемный — при ад ¿0,001. При большом числе слоев охладителя и а0 20,1 выполняется соотношение AN«N, из которого следует высокий коэффициент аккумуляции тепла (9), высокая эффективность охладителя и его высокая массовая и объемная энергоемкость (10).

б) а0 =1, Cj = 1, варьируется параметр Ь0.

При ¿о 51 происходит волновой теплообмен, а при b0 > 100 теплообмен носит объемный характер.

в) а0 = 1, Са = 1, Ь0 = 0, варьируется параметр С.

Влияние параметра С на механизм теплообмена является более ч. сложным. Параметры <я0,Ь0 влияют только на число слоев AN, занятых волной теплообмена и не влияют на закон изменения AN от времени г. Параметр С влияет как на AN, так и на вид закона ДЛГ(г) Указанный закон

можно представить в виде AN ~ Л ■ т'. Определим влияние параметра С на значение показателя степени у.

Из расчетов следует, что относительное число слоев AN /Nw (Nw — число слоев, пройденных волной), занимаемое волной теплообмена, с уменьшением параметра С, уменьшается: при С —> 0, / —> 0. Это ведет к увеличению коэффициента аккумуляции тепла в соответствии с (9). Расчеты так же показывают, что относительное число слоев AN /Nw, с увеличением параметра С, остается неизменным (при С -> со, у 1).

Е" =с£ - ¡Т? - Т08\-<р,

Ev=cpp-\T>-T0g\-pp-<p (10)

2. Фильтрация влажного газа ( 0, = О ).

Рассмотрим более сложный процесс фильтрации горячего газа, содержащего пары воды. При этом в порошковом материале изначально вода не присутствует (1х\ = 0 ).

Расчетами показано и подтверждено экспериментально (Серебренников С.Ю., Малинин В.И. и др.), что при фильтрации влажного газа в пористой среде возникают не только волны теплообмена, но и волны конденсации, которые распространяются вдоль газового потока по объему порошка.

Автором были проведены дальнейшие численные исследования процесса фильтрации горячего влажного газа в охладителе. Интегрирование безразмерной системы уравнений и граничных условий позволило определить влияние паров воды на распространение волны теплообмена. Расчеты показали, что водяной пар очень сильно влияет на толщину волны теплообмена. На рис. 2. показано, что при увеличении доли водяного пара, количество слоев АМ, занятых волной теплообмена, уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента аккумуляции тепла. Даже при малом содержании водяного пара (г„г = 0,03) число слоев, занятых волной теплообмена уменьшается в два раза. Таким образом, увеличение доли водяного пара в продуктах сгорания газогенератора способствует увеличению эффективности охладителя.

Рис. 2. Зависимость количества слоев охладителя, занимаемых волной теплообмена от времени процесса и доли водяного пара: оо= 1, Ьо~ 0, С = 1

Так же параметр оказывает сильное влияние и на параметр у (рис. 3). Более того, увеличение z£ эквивалентно уменьшению параметра С. Например, при Z„= 0,1 и С = 1, параметр так же как при Zg = 0 и С = 0,5.

Следовательно, параметр Zq так же оказывает сильное влияние на параметр у, а в конечном счете и на весь процесс теплообмена в порошкообразном охладителе, как и параметр С.

Таким образом, для возникновения волнового теплообмена необходимо выполнение следующих условий: а„ > ОД; Ъа ¿1; С < 1,5; Z„ à 0,03.

Следует отметить, что продукты сгорания твердых газогенераторных топлив на основе азидов практически не содержат водяной пар, а в продуктах сгорания серийных твердых топлив он присутствует.

Рис. 3. Зависимость параметра у от доли водяного пара в продуктах сгорания газогенератора при разных значениях параметра С: а0= I, Ьа= О

Из выше указанного можно сделать вывод, что газогенераторы на традиционном твердом топливе с порошкообразными емкостными охладителями, по сравнению с низкотемпературными газогенераторами на твердом топливе на основе азидов (В.А. Шандаков, Г.Ю. Шейтельман, В.А. Прилепкин и др., АО НПК «Алтай»), имеют преимущества, которые дают возможность существенного повышения эффективности аварийно-спасательных систем. Эти преимущества заключаются в большей возможности создания эффекта волнового теплообмена при фильтрации через порошковый материал горячего газа, содержащего пары воды, соответственно в более высоком коэффициенте аккумуляции тепла охладителя <р, а так же его высокой массовой и объемной энергоемкости.

По формулам (5 — 7) рассчитаны выявленные коэффициенты теплообмена а0, Ьо, С для условий эксперимента (Серебренников С.Ю., Малинин В.И. и др.). Значение параметра 2^ определяется из таблицы 1.

Таблица 1. Характеристики продуктов сгорания Г111

Характеристика Топливо 1 Топливо 2

Температура, К 1610 1290

Состав, % масс.: - -

СО 61 24

со2 14 28

Ы2 (газ) 11 23

Н20 (пар) 11 21

Расчет, указанных выше параметров, дает следующие значения: а0=0,2; ¿о=0,9; С—\.

Значение параметра, определенного из таблицы 1,2'= 0,21.

Таким образом, рассчитанные (ад, Ьо, С) и определенные из таблицы (2*) параметры процесса, соответствуют выявленным условиям возникновения волны теплообмена.

В третьей главе описаны экспериментальные исследования твердотопливного газогенератора с порошкообразным емкостным охладителем. Экспериментальная установка разработана Серебренниковым С.Ю., Малининым В.И., Коломиным Е.И. Ее схема показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема экспериментального низкотемпературного газогенератора

Экспериментальный газогенератор с охладителем включает в себя: корпус ГГ - 1, твердотопливный заряд - 2, инициатор с воспламенителем - 3, узел соединения ГГ с охладителем - 4, корпус охладителя - 5, охладитель - б, сопло охлажденного газа - 7. Газогенератор может работать с зарядами ГТТТ различных марок. В комплект газогенератора входит набор сменных сопел с различными площадями критических сечений, что дает возможность изменять внутрибаллистические характеристики. Время работы газогенератора может изменяться в пределах 5 .. 100 с постановкой зарядов различной длины и скорости горения и компенсацией свободных объемов инертным имитатором ни. Зажигание заряда осуществляется навеской пиротехнической смеси, а инициирование — посредством стандартного пиропатрона.

В экспериментальном газогенераторе охлаждению были подвергнуты продукты сгорания твердых топлив с характеристиками, приведенными в таблице 1. Параметры газогенератора в испытаниях приведены в таблице 2.

Предпочтительным теплоаккумулирующим материалом для реализации эффекта волнового теплообмена является порошковый бор, обладающий уникальным сочетанием низкой теплопроводности и высокой теплоемкости. Порошок оксида кремния интересен в связи с его химической инертностью к продуктам сгорания, содержащим активные газы.

Таблица 2. Параметры экспериментального газогенератора

Параметр Топливо 1 Топливо 2

Масса, г 100.. 300 145.. 500

Давление, МПа 3 .. 10 2..5

Расход продуктов сгорания, г/с 5.. 20 5 .. 25

Время работы, с 5 .. 20 20.. 100

На рис. 5 представлено распространение волны теплообмена при фильтрации через охладитель продуктов сгорания топлива 2. Рассмотрены процессы в порошкообразном охладителе. Показания термопар свидетельствуют о том, что аккумуляция тепла охладителем происходит в зоне малой протяженности (по сравнению с длиной охладителя) и в течение

времени, малого, по сравнению, со временем всего процесса, иначе -свидетельствуют о волновом механизме теплообмена.

Испытание, проведенное с охлаждением продуктов сгорания топлива 1 (материал охладителя - кварцевый песок), показало, что качественно результаты не отличаются от результатов испытания, проведенного с топливом 2 (рис. 5). Характер теплообмена продуктов сгорания топлива 2 с порошкообразным охладителем подобен теплообмену продуктов сгорания топлива 1.

Т,К

№

700

200

О Ю 20 ЗО 4ог,с

Рис. 5. Волны теплообмена и конденсации: материал охладителя - кварцевый песок, топливо 2: аа » 0,2; К » 0,8; С »« 0,2

Для выше приведенных испытаний рассчитаны основные параметры процесса теплообмена а0, Ь0, С по формулам (5 - 7). Значение параметра принято в соответствии с табл. 1. При испытании с топливом 2 эти параметры равны: я» «0,2; &0«0,8; С«V»0,2. Соответственно, при испытании с топливом 1 - а„ »0,2; Ь0 «0,5; С«\\;2ГЬ =»0,1. Таким образом, параметры процесса теплообмена в эксперименте принимают значения, которые соответствуют условиям возникновения волны теплообмена.

Введены и определены характеристики порошкообразного охладителя продуктов сгорания твердотопливного газогенератора, которые определяют его эффективность (для сравнения приведены подобные характеристики для разлагающихся охладителей):

1) глубина охлаждения-. = (Тп— Тм)/Тм=3,6..4,3, где Т„,Т„Ы]1 -температуры газа на входе и выходе из охладителя (в разлагающихся охладителях <рт ^ 2,9 );

2) стабильность температуры: |ДГ| = 50..80/С , где АТ -максимальное отклонение температуры газа на выходе от среднего значения во время испытания (в разлагающихся охладителях (Д^! более 100 К)\

3)массовая эффективность: (рт = т,/тт, где т3>тппхл -массазаряда твердого топлива и материала охладителя, соответственно. Для бора

Фт—1,2.. 1,4, - для кварцевого песка <рш =(}7.Д8 (в разлагающихся охладителях <рт — 0,3.. 1,5);

4) потери давления газа в охладителе: ФР = Л* •100% = 5..10%, где Р^^Р^ - давления газа на входе и выходе из охладителя, соответственно (в разлагающихся охладителях

5) степень чистоты холодного газа — высокая, содержание сажи менее 0,01 % (в разлагающихся охладителях — низкая, содержание сажи, более 10%);

6) время работы - более 100 с (разлагающихся охладителей - менее 10 с).

Таким образом, получены более высокие характеристики эффективности

работы порошкообразного охладителя, в сравнение с подобными характеристиками разлагающихся охладителей.

Экспериментальные исследования порошкообразного охладителя с волновым теплообменом убедительно показало их важное преимущество — практическое отсутствие сажи в холодном газе, покидающем охладитель. Наряду с высокой энергоемкостью, стабильностью температуры газа, высокая чистота холодного газа на выходе охладителя подчеркивает практическую значимость рекомендуемых порошкообразных охладителей.

Указанное преимущество порошкообразного охладителя объясняется эффектом «замораживания» химического состава газа в волне теплообмена. Состав охлажденного до температуры 300 .. 400 К газа на выходе близок к составу горячего газа с температурой 1200 .. 1600 К на входе. Таким образом, при резком охлаждении горячего газа в волне теплообмена сажа практически отсутствует, а содержание водяного пара не превышает содержания на входе в охладитель.

В некоторых проведенных испытаниях наблюдалась потеря устойчивости волны теплообмена, при высоком содержании паров воды в продуктах сгорания. Исследования показали, что в данном случае, в зоне между фронтами волн конденсации и теплообмена происходит искривление волны теплообмена в пространстве и непостоянство скорости ее распространения. Искривление тепловой волны объясняется физической ситуацией в зоне между фронтами волн конденсации и теплообмена. Здесь поры охладителя частично заполнены сконденсировавшейся водой, которая по капиллярам перемещается из холодной области охладителя к фронту волны теплообмена. Имеет место эффект тепловой трубы. Так как пористость материала охладителя всегда неоднородна, это порождает неоднородность капиллярных перемещений конденсата.

Последующие испытания показали, что сравнительно простыми методами можно добиться стабилизации волны теплообмена. В ходе исследований найден конструктивный способ устранения неустойчивости волны теплообмена влажного газа. Для этого повышается теплопроводность охладителя в поперечном направлении путем размещения в объеме охладителя газопроницаемых металлических сеток, последовательно чередуемых со слоями порошка. Важно, чтобы теплопроводность сеток намного превышала

теплопроводность порошка. Низкая теплопроводность порошка в продольном направлении является положительным фактором, являясь условием отбора порошка для волнового теплообмена. Однако низкая теплопроводность в поперечном направлении влияет отрицательно, препятствуя выравниванию температуры в поперечных сечениях охладителя. Поэтому становится необходимым обеспечить высокую теплопроводность охладителя в поперечном направлении, сохранив ее низкой в продольном направлении. Экспериментальная проверка порошкового охладителя с размещенными в ней высокотеплопроводными дисками из металлических сеток показала устранение неустойчивости волны теплообмена влажного газа. Волновой эффект теплообмена удалось реализовать даже при значительных содержаниях водяного пара в газе (в испытании оно составляло 21 % по массе).

Для надежного проектирования конструкции порошкообразного охладителя необходима информация о плотностях укладки частиц порошка в корпусе охладителя. Экспериментально исследованы и определены способы достижения (параметры виброуплотнения) максимальных плотностей перспективных материалов охладителя. В качестве материалов охладителя использовались порошковый бор и оксид кремния. Проанализированы охладители с размещенными в их корпусе металлическими сетками и без них. Получены следующие значения оптимальных плотностей снаряжения порошкообразных охладителей: а) без сеток при использовании в качестве материала охладителя: бор - 1,40 г/см3, оксид кремния - 1,65 г/см3; б) с сетками при использовании в качестве материала охладителя: бор — 1,32 г/см3, оксид кремния - 1,60 г/см3 .

В четвертой главе на основе теоретических и экспериментальных исследований процессов фильтрации и теплообмена в порошковом материале, приведенных выше, разработаны рекомендации проектирования Н111' с порошкообразным емкостным охладителем.

Рекомендуются характеристики порошкового материала охладителя:

1. Температура плавления, разложения или сублимации материала на 20% и более должна превышать температуру продуктов сгорания газогенераторного топлива.

2. Размер частиц заключён в интервале значений от 0,1 до 0,5 мм.

Рекомендуются параметры конструкции охладителя:

1. Длина охладителя составляет от 100 до 2500 средних размеров частиц порошкового материала.

2. Охладитель содержит размещенные перпендикулярно его оси газопроницаемые диски, выполненные из материала с теплопроводностью не менее чем в 10 раз превышающей теплопроводность материала охладителя.

3. Отношение площади поперечного сечения охладителя к площади горения твердотопливного заряда газогенератора ^:

р /Г -„ "г -Рэ ¿ахл ' Г, - «ас,———, ГДв

С0

удельный расход продуктов сгорания через охладитель, кг/(м2-с); -

доля охлаждаемых продуктов сгорания (0 < п^, 5 1); иг — скорость горения твердотопливного заряда, м/с; р, - плотность твердотопливного заряда, кг/м3.

При этом, удельный расход продуктов сгорания через охладитель заключен в пределах 1.. 15 кг/ (м2-с).

Масса охладителя определяется на основе коэффициента массовой эффективности <р„, который определен экспериментально (описан выше): т„„ = иш • /я, /<рт, где т, - масса заряда твердого топлива (кг).

Рекомендуется состав продуктов сгорания И ГГ.

продукты сгорания должны содержать более 25 % многоатомных газов (СОг, ЛИ>, Н20, СН4 и др.); доля паров воды - £ 0.03.

Рассмотрены примеры низкотемпературных газогенераторов для обеспечения работы аварийно-спасательных систем. Например, низкотемпературный газогенератор для обеспечения работы пневмодомкрата. Параметры пневмодомкрата приведены в таблице 3.

Таблица 3. Параметры пневмодомкрата

Параметры Значение

Масса, кг 5

Объём, м3 0.2 .. 2

Давление, МПа 0,15

Развиваемое усилие, кН 100

Рассчитанные на основе рекомендаций, приведенных выше, параметры низкотемпературного газогенератора приведены в таблице 4.

Таблица 4. Низкотемпературный газогенератор для пневмодомкрата

Параметры НТГГ (Для сравнения параметры баллона с газом) Значение

Масса газогенераторного топлива (газа в баллоне), кг 2,9 (5,5)

Масса материала охладителя, кг 3,8

Общая масса газогенератора (баллона с газом), кг 12 (65)

Максимальный диаметр ГГ (баллона ), мм 220 (250)

Максимальная длина ГГ (баллона), мм 480 (1200)

Давление в ГТ (в баллоне с газом), МПа 4..8 (10.. 15)

Давление на выходе НТГГ (на выходе баллона), МПа 0,15 (0,15)

Температура неохлажденного газа 1600 К

Температура охлажденного газа (температура на выходе из баллона), К 300.. 350 (200.. 320)

Температура эксплуатации -50.. +50 °С

Для сравнения в этой же таблице приведены параметры баллона с газом, обеспечивающего работу пневмодомкрата при отсутствии НТТТ. Сравнение показывает, что масса и габариты низкотемпературного газогенератора намного меньше (масса в 5 раз, длина - в 2,5 раза меньше), чем баллона, а характеристики лучше. При этом эксплутационные характеристики несравненно выше (Ни 1 не требует регламентных работ, гарантийный срок его службы более 10 лет при очень высокой надежности, свойственной образцам военной техники).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выявлены характерные параметры процесса теплообмена при фильтрации горячего газа через порошкообразный емкостный охладитель: Од, Ьд, С, 2га.

2. Математическим моделированием определены условия образования волны теплообмена, состоящие в соблюдении количественных соотношений для выявленных параметров процесса: а0 ^ 0.1; Ь0 ¿1; С < 1,5; 5 0,03.

3. Экспериментально подтверждено существование волны теплообмена при определенных теоретическим путем условиях волнового процесса. Параметры процесса теплообмена в эксперименте принимают значения (д0 >~ ОД; Ь0 <~ 1; С <~ 1; Хгй > ОД ), которые соответствуют этим условиям. Исследована потеря устойчивости волны теплообмена, при высоком содержании паров воды в продуктах сгорания и разработан конструктивный способ ее устранения путем повышения теплопроводности охладителя в поперечном направлении размещением в объеме охладителя газопроницаемых металлических сеток, последовательно чередуемых со слоями порошка.

4. Разработаны характеристики порошкообразного емкостного охладителя, комплексно описывающие эффективность его работы. Экспериментально определены их значения и произведено сравнение с подобными характеристиками разлагающихся охладителей. В результате сравнения показано, что в целом по своим характеристикам порошкообразный емкостный охладитель намного эффективнее охладителя на разлагающихся материалах.

5. Экспериментально исследованы и определены максимальные плотности перспективных материалов охладителя.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований процесса волнового теплообмена в порошкообразном емкостном охладителе разработаны рекомендации расчета и проектирования НИ Г. Рассмотрены примеры низкотемпературных газогенераторов для обеспечения работы аварийно-спасательных систем.

Таким образом, в диссертационной работе выполнено теоретическое и экспериментальное исследование рабочего процесса и конструкции порошкообразных емкостных охладителей продуктов сгорания серийных газогенераторных топлив. Полученные результаты теоретического и экспериментального анализа порошкообразных охладителей, реализующих новый механизм теплообмена, позволяют сделать важный шаг к широкому применению газогенераторов на твердом топливе в ракетных двигателях и в аварийно-спасательных системах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Коломин А.Е., Малинин В.И., Серебренников С.Ю. Влияние основных параметров на процесс теплообмена в порошкообразном емкостном охладителе // Вестник ИжГТУ. - 2004. - Вып. 1. - С. 3 - 7.

2. Коломин А.Е., Малинин В.И., Серебренников С.Ю. Определение газовой постоянной продуктов сгорания газогенератора на твёрдом топливе, охлаждённых в порошкообразном емкостном охладителе // Ракетно-космические двигательные установки: Сборник тезисов Всероссийской научно-технической конференции. Москва, октябрь 2005 г. - М: Mi ТУ, 2005. С. 26 -29.

3. Анализ влияния основных параметров на процесс теплообмена в порошкообразном ёмкостном охладителе. / А.Е. Коломин, В.И. Малинин, С.Ю. Серебренников, Б.Ф. Потапов // Всероссийская научно-техническая конференция: Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2004. Россия, Пермь, апрель, 2004: Программа и тезисы докладов. Пермь, ПГТУ, 2004. С. 65.

4. Экспериментальное определение плотности и газопроницаемости материала охладителя /А.Е. Коломин, В.И. Малинин, С.Ю. Серебренников, Б.Ф. Потапов //Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2005. Материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции. - Пермь: ПГТУ, 2005. С. 78.

5. Экспериментальные исследования низкотемпературного газогенератора на твердом топливе с порошкообразным ёмкостным охладителем / А.Е. Коломин, В.И. Малинин, С.Ю. Серебренников, Б.Ф. Потапов // Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2005. Материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции/ Под ред. А.Н. Аношкина, М.А. Нихамкина и К.В. Недопекиной - Пермь: ПГТУ, 2005. С. 77.

6. Твёрдотопливные газогенераторы с порошкообразным ёмкостным охладителем /А.Е. Коломин, В.И. Малинин, С.Ю. Серебренников, Б.Ф. Потапов // XXV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвящённая 60 - летию Победы. Краткие сообщения. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. С. 144-146.

7. Коломин А.Е. Низкотемпературные газогенераторы с порошкообразным емкостным охладителем для аварийно-спасательного оборудования // VIII Королёвские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция: Тезисы докладов. — Издательство Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва, 2005, С. 54.

8. Анализ влияния основных параметров на процесс теплообмена в порошковом емкостном охладителе. / А.Е. Коломин, В.И. Малинин, С.Ю. Серебренников, Б.Ф. Потапов // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника, 2005 г., № 22. С. 43 - 49.

Лицензия ЛР №020370

Сдано в печать 31.05.06. Формат 60x84/16. Объём 1,0 уч.изд.п.л. _ Тираж 100. Заказ 1368. _

Печатная мастерская ротапринта ПГТУ. 614600, г. Пермь, Комсомольский пр., 29а.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ проблемы создания газогенераторов на твердом топливе с заданными характеристиками.

1.1. Способы получения заданных характеристик твердотопливных газогенераторов.

1.2. Математическое моделирование процесса теплообмена при фильтрации горячего газа в пористых материалах.

1.3. Экспериментальные исследования процесса теплообмена при фильтрации горячего газа в пористых материалах.

1.4. Анализ примеров практического применения низкотемпературных газогенераторов с порошкообразным емкостным охладителем.

Выводы. Постановка задач диссертационной работы.

ГЛАВА 2. Теоретические исследования процесса фильтрации горячего газа через порошкообразный емкостный охладитель.

2.1. Обезразмеренная модель фильтрации горячего газа через порошковый материал.

2.2. Определение основных параметров, влияющих на процесс теплообмена в пористой среде.

2.3. Коэффициент аккумуляции тепла порошкообразным охладителем.

2.4. Результаты численных исследований процесса фильтрации горячего газа в порошковом материале.

2.4.1. Фильтрация сухого газа.

2.4.2. Фильтрация влажного газа.

2.5. Расчет основных параметров, влияющих на процесс теплообмена в пористой среде.

Выводы.

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования твердотопливного газогенератора с порошкообразным емкостным охладителем.

3.1. Экспериментальная установка и методы исследования.

3.2. Характеристики горячего газа на входе в охладитель.

3.3. Порошкообразный охладитель и теплоаккумулирующие материалы.

3.4. Определение характеристик эффективности охладителя.

3.5. Рабочий процесс в порошкообразном охладителе.

3.5.1. Волна теплообмена.

3.5.2. Волна конденсации.

3.5.3 Расчет основных параметров теплообмена в пористой среде.

3.5.4. Потеря устойчивости волны теплообмена и ее устранение при фильтрации влажного газа.

3.5.5. Исключение частиц конденсированной фазы в газе на выходе из охладителя.

3.5.6. Стабильность и глубина охлаждения.

3.5.7. Продолжительность охлаждения и чистота охлажденного газа.

3.6. Экспериментальное определение плотности порошкового материала в корпусе охладителя.

3.6.1. Объекты и методика испытаний.

3.6.2. Плотность снаряжения охладителя.

3.6.3. Плотность снаряжения охладителя с сетками.

Выводы.

ГЛАВА 4. Методы проектирования и практическое применение низкотемпературного газогенератора на твердом топливе.

4.1. Рекомендации расчета и проектирования НТГГ с порошкообразными емкостными охладителями.

4.1.1. Рекомендации характеристик порошкового материала охладителя.

4.1.2. Рекомендации параметров конструкции НТГГ.

4.1.3. Рекомендации характеристик продуктов сгорания газогенераторных топлив.

4.2. Описание конструкции газогенератора с порошкообразным емкостным охладителем.

4.3. Применение газогенераторов с порошкообразным емкостным охладителем в аварийно-спасательных системах.

4.3.1. Низкотемпературный газогенератор для обеспечения работы пневмодомкрата.

4.3.2. Низкотемпературный газогенератор для наддува спасательного плота.

4.3.3. Газогенератор с регулируемой температурой.

4.3.4. Низкотемпературный газогенератор регулируемого давления.

Выводы.

В последнее время увеличивается число катастроф. Они бывают техногенные (катастрофы, связанные со старением техники, что особенно актуально не территории России, человеческим фактором, например пожары, аварийные ситуации на предприятиях, особенно на опасных производствах), природные катаклизмы (наводнения, землетрясения, ураганы, оползни) и терроризм. Катастрофы влекут за собой потери жизни и здоровья людей, а так же большие материальные затраты. Одним из путей предотвращения и (или) сведение к минимуму последствий выше указанных бедствий является создание аварийно-спасательных систем.

Значение надежных аварийно-спасательных систем для любого военного или гражданского объекта очень велико. Говоря другими словами, любое производство, любой вид транспорта, любой промышленный объект должны оснащаться системами, предотвращающими возможность наступления аварийных ситуаций, будь то возможный взрыв, пожар, транспортное столкновение или выброс опасных для человека и окружающей среды химических веществ (радиации, бактерий и т.д.). Эти же системы должны в случае аварии в кратчайшие сроки ее ликвидировать и минимизировать урон для людей, зданий и оборудования [1 - 3].

Все множество типов аварийно-спасательных систем объединяет одно свойство: они задействуются от независимых источников энергии. В большинстве случаев такими источниками являются либо баллоны сжатого (сжиженного) газа, либо электрические аккумуляторы. Недостатками выше перечисленных устройств являются, прежде всего, низкая надежность срабатывания, необходимость постоянного обслуживания и большая зависимость от температуры эксплуатации. Поэтому возникает множество отказов аварийных систем, что влечет за собой крайне тяжелые последствия.

Вот несколько крупнейших катастроф и аварий, произошедших в России в 80-90-х годах XX века и 2000-е годы XXI века:

- Башкирская катастрофа (отказ системы обнаружения утечек газового конденсата и автоматического перекрытия продуктопровода) [1,3];

- две крупнейшие аварии в МПС (на затяжных подъемах в Пензенской и Свердловской областях из-за отказа основной и резервной системы питания пневмотормозов, тяжелые грузовые поезда скатились на жилые поселки) [1];

- взрывы осенью 1999 г жилых домов в Москве и Волгодонске [4] привели к гибели сотен ни в чем не повинных людей (надежные аварийно-спасательные системы могли бы спасти больше жизни людей, чем удалось);

- пожар на Останкинской телебашне [5] (отсутствие надежной системы пожаротушения привело к гибели людей и большим материальным затратам);

- пожар в здании Манежа [6] на площади порядка 5000 м2 в центре Москвы (отсутствие надежной системы пожаротушения привело к гибели двух сотрудников пожарной службы и полному обвалу крыши здания);

- в результате землетрясения и цунами в юго-восточной Азии в конце декабря 2004 года [7] погибли около 225000 человек, а финансовый ущерб составил $ 13 млрд (недостаток надежных и в необходимом количестве средств спасения, в том числе надувных плотов и понтонов).

Исходя из анализа отказов аварийных систем видно, что главной причиной является низкая надежность исполнительных устройств и механизмов (70 . 80 % всех несрабатываний). Примерно 10 . 15 % отказов приходится на средства обнаружения и столько же на средства управления исполнительными устройствами аварийных систем.

Однако, нештатное поведение исполнительных устройств - это, в основном, отказы автономных источников энергии аварийных систем, т.е. элементов, которые должны обеспечивать функциональную эффективность и надежность.

В этом отношении для аварийно-спасательных систем идеально подходят в качестве источников энергии твердотопливные газогенераторы (ТТГГ) [1, 2].

Газогенераторами называются энергетические устройства, которые вырабатывают сжатый газ с обеспечением регулирования его количества, расхода и давления. Основным достоинством газогенераторов является их способность выделять на единицу веса или объема по сравнению с любыми неядерными источниками энергии, используемыми в настоящее время. В большинстве случаев К.П.Д. этих систем оказывается достаточно высоким и достигает максимума при использовании высокотемпературных газов. Однако указанное достоинство газогенераторов является в то же время существенным недостатком и значительно усложняет их проектирование. Это связано с необходимостью обеспечения соответствия между высокими температурами газа в зоне непосредственного использования и применяемыми конструкционными материалами [8].

Твердотопливные газогенераторы нашли широкое применение в ракетно-космической технике. Их главные узлы во многом сходны с главными узлами основных ракетных двигателей, однако рабочие процессы в газогенераторах имеют существенные особенности, которые необходимо учитывать при их проектировании и отработке [9].

В настоящее время существует большое количество научных публикаций и патентов, посвященных созданию и исследованию газогенераторов и вспомогательных устройств (охладители горячих газов) [10 - 56]. Краткие сведения о газогенераторах имеются, в том числе и в руководствах по основам проектирования ракетных двигателей [10 - 17]. Основные преимущества газогенераторов заключены в следующем:

- большой температурный диапазон работы (± 60 °С);

- независимость рабочих параметров от температуры эксплуатации;

- высокая надежность (Р > 0,998);

- полная автономность работы в любой среде (космос, высокогорье, морские глубины);

- долговечность (15-20 лет);

- отсутствие проверок и регламентного обслуживания;

- возможность генерирования практически любых по составу газов, с любым законом изменения расхода, давления и температуры.

Рассмотрим ряд параметров ТТГГ более подробно.

Объем. Заряд твердого топлива, при сгорании которого образуется требуемое количество газа, занимает меньший объем, чем газы, хранящиеся в баллонах при любом давлении.

Вес. К этому параметру применим тот же самый критерий. Если учесть вес баллонов, содержащих газ под давлением, то окажется, что вес одного газогенератора будет значительно меньше. С увеличением размеров системы разница в весе возрастает. При использовании горячих газов весовое преимущество становится подавляющим. В случае применения теплообменника его вес следует включить в вес системы. При этом преимущества газогенераторной системы получаются не столь явными, особенно для генераторов малых размеров.

Безопасность. Газобаллонная система содержит газ при высоком давлении в течение длительного времени хранения и использования газа. Каждый из таких резервуаров представляет потенциальную опасность. Газогенератор не находится под давлением, за исключением периода работы. Высокое давление имеет место лишь в области камеры сгорания и не распространяется на всю систему. Рабочее давление в газогенераторах так же обычно значительно ниже, чем в газобаллонной системе. Это существенно упрощает требования техники безопасности при использовании топливной системы.

Контролируемость параметров. Газогенератор можно спроектировать таким образом, чтобы обеспечить требуемое количество газа в определенное время при заданном расходе. Расход газа из газобаллонной системы уменьшается по мере снижения давления в ней, и для получения требуемого количества газа обычно необходимо более длительное время, чем при использовании соответствующей топливной системы. Работа газогенератора может по существу не зависеть от температуры хранения, в то время как расход газа из газобаллонной системы снижается при понижении температуры окружающей среды [8].

Твердотопливные газогенераторы сочетаются с любым типом приводов и в состоянии обеспечить все виды механической энергии. В последнее время научные разработки в области химии твердых топлив позволили отечественным производителям: НПО «Алтай», ФЦДТ «Союз», АО «Пермский завод им. Кирова», НПО «Технолог», НИИПХ, НИИПМ и др. создать газогенерирующие составы и на их основе ТОТ с уникальными свойствами:

- источники инертных газов СО2 и N2;

- источники холодных и чистых продуктах сгорания ТТГГ [1,2].

На базе газогенераторов с этими топливами стало возможным создание принципиально новых аварийно-спасательных систем. Например, систем ингибирования газового взрыва или тушения пожаров на взрывоопасных производствах путем быстрого заполнения инертным газом или пожаротушащим аэрозолем. Сделать это за 2-4 секунды в большом объеме возможно только с помощью ТТГГ. Причем такая аварийно-спасательная система должна включаться в общую схему АСУ ТП предприятия и обеспечивать выдачу управляющих сигналов на пожаротушащие газогенераторы только после обнаружения технологическим контроллером утечек взрывоопасной среды (или вспышек горючих компонентов) и выполнения технологических аварийных команд (останов оборудования, выключение вентиляции, герметизация помещения и т.д.).

Источники холодных и чистых продуктов сгорания ТТГГ, разработкой которых интенсивно занимались ОКБ «Темп» при ПГТУ, АО «Пермский завод им. Кирова», НИИПМ и др., позволили создать в последнее время целую гамму аварийно-спасательных систем с силовыми пневмоцилиндрами. Это, прежде всего, тормозные системы для автомобильного и железнодорожного транспорта, пневмо-газоприводы для шаровых кранов магистральных газопродуктопроводов и т.д. Эти системы могут включаться как в АСУ защищаемого объекта, так и иметь собственную автоматику управления [1,2].

Выше указанные источники холодных и чистых продуктов сгорания ТТГГ являются низкотемпературными газогенераторами на твердом топливе (НТГТ).

На дорогах России случается большое количество дорожных аварий. Во многих случаях люди после такой аварии остаются в «плену» искореженного металла. При спасении их жизни счет идет на минуты и секунды. Для этого спасательными службами применяется различного рода аварийно-спасательный пневмоинструмент. В качестве рабочего тела для такого типа инструментов можно применять холодный газ, вырабатываемый НТГГ.

Не редко в наши дни случаются и авиакатастрофы. Аварийно-спасательный пневмоинструмент может применяться и в этих случаях. При аварийной посадке воздушного судна на воду НТГГ могут использоваться в качестве источника холодного газа для наддува спасательных плотов. При аварийной посадке самолета на землю НТГГ могут применяться для быстрого наддува аварийных трапов.

Помимо техногенных катастроф, причиной которых является, обычно, старение техники и человеческий фактор, случаются и природные катастрофы (наводнения, ураганы, землятресения и т.д.). При проведении операций спасательными службами так же применяются различные средства спасения, в том числе аварийно-спасательный пневмоинструмент, надувные плоты и понтоны и т.п. [8, 37]. Низкотемпературные газогенераторы можно применять и в этих случаях для обеспечения надежной и быстрой работы выше указанных спасательных средств.

Случаются отказы тормозных систем у большегрузных тяжелых автомашин и товарных поездов. Последствия таких отказов обычно очень тяжелые. Источником механической энергии для аварийных тормозных систем для автомобильного и железнодорожного транспорта могут служить НТГГ.

Так же НТГГ могут применяться в качестве источника механической энергии для газонаполняемых эластичных домкратов. Такие домкраты могут применяться при извлечении людей из машин после аварий, разбора разрушенных зданий и освобождения людей из-под завалов и т.д.

Большой проблемой для всего цивилизованного мира сегодня является терроризм. Вследствие его разрушаются здания, другие инженерные сооружения, происходят аварии различного рода, что ведет к потере человеческих жизней и большим материальным затратам. Аварийно-спасательные системы с использованием НТГГ конечно же не могут оградить людей и технику от действий террористов. Но они могут уменьшить последствия террористических актов, спасти человеческие жизни, сохранить технику, уменьшить затраты на спасательные операции и восстановительные работы.

На рисунке 1 показаны основные сферы применения аварийно-спасательных систем с использованием низкотемпературного газогенератора на твердом топливе.

Преимущества применения НТГГ для аварийно-спасательных систем состоит в следующем:

1. Высокая надежность. Обуславливается простотой конструкции, большим периодом отработки в реальных условиях эксплуатации, применением серийных твердых топлив и высоко надежных составных элементов конструкции.

2. Компактность. НТГГ имеют небольшие габариты и вес при большой мощности и эффективности. Например, газонаполняемый эластичный домкрат, где НТГГ применяется в качестве источника механической энергии, можно доставлять на вертолете, сбрасывать на парашюте. Обычный кран такими способами на место аварии доставить невозможно. Тем самым уменьшается время доставки средства спасения на место аварии, что может спасти не одну человеческую жизнь.

Рис. 1. Область применения НТГГ.

3. Быстрое развертывание. Подготовка к работе НТГГ занимает считанные минуты, что увеличивает шансы на благоприятный исход спасательной операции.

4. Большой гарантийный срок службы. Составляет 10 . 15 лет. В то время как у баллонов со сжатым газом гарантийный срок службы не превышает 1 года, что связано с техническим устройством баллонов.

5. Отсутствие периодических проверок и регламентных работ.

Специфика технического устройства НИ 1 позволяет не проводить периодические проверки и регламентные работы во время всего гарантийного срока службы.

6. Большой температурный диапазон. Рабочий температурный диапазон для НТГГ составляет от - 50 °С до + 50 °С.

7. Независимость рабочих параметров от температуры эксплуатации. У баллонов с сжатым газом при температуре - 50 °С резко падает давление, что ведет к снижению работоспособности на 20 . 30 %. В то время как у НТГГ рабочие параметры практически не меняются. Это позволяет работать в условиях крайнего севера и регионах с очень жарким климатом.

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Целью диссертационной работы является экспериментально-теоретическое обоснование создания низкотемпературных твердотопливных газогенераторов с порошкообразным. емкостным охладителем, обеспечивающих заданные характеристики аварийно-спасательных систем.

ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Для достижения указанной цели необходимо:

1. Выявить характерные параметры процесса теплообмена при фильтрации горячего газа через порошкообразный емкостный охладитель. Определить условия образования волны теплообмена, состоящие в соблюдении количественных соотношений для выявленных параметров процесса.

2. Экспериментально подтвердить существование волны теплообмена при фильтрации горячего газа через порошкообразный емкостный охладитель при определенных выше теоретически условиях образования волны. Разработать характеристики порошкообразного емкостного охладителя, комплексно описывающие эффективность его работы. Экспериментально определить их значения и сравнить с подобными характеристиками других охладителей.

3. Экспериментально исследовать и определить максимальные плотности перспективных материалов охладителя.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать рекомендации проектирования порошкообразных емкостных охладителей с учетом значений основных параметров, которые обеспечивают волновой теплообмен. С применением этих рекомендаций рассчитать параметры низкотемпературных газогенераторов для обеспечения работы аварийно-спасательных систем.

МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ

Использованы методы и подходы теории фильтрации газа через пористую среду, теплообмена в дисперсной среде, газовой динамики, математического моделирования, проектирования, конструирования и проведение испытаний нестандартного оборудования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Выявлены характерные параметры процесса теплообмена в порошкообразном емкостном охладителе. Проведены теоретические исследования влияния этих параметров на процесс теплообмена. Впервые определены условия возникновения волнового теплообмена при фильтрации горячих газов, содержащих пары воды, через пористую среду.

2. Определено влияние содержания паров воды в продуктах сгорания газогенераторных топлив на распространение волны теплообмена.

3. Обнаружен эффект «замораживания» химического состава продуктов сгорания при их резком охлаждении в порошкообразном охладителе.

4. Введены характеристики охладителей: глубина охлаждения горячего газа, стабильность температуры газа на выходе из охладителя, массовая эффективность охладителя. Впервые экспериментально определены характеристики для порошкообразных емкостных охладителей, проведено сравнение с другими типами охладителей и показано существенное преимущество по этим характеристикам порошкообразных охладителей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

1. Выявленные характерные параметры теплообмена в порошкообразном охладителе могут применяться при анализе процессов теплообмена в устройствах, использующих фильтрацию горячего газа через пористые среды.

2. Разработанные методы упаковки порошкообразных емкостных охладителей позволяют уменьшить массу и габариты низкотемпературных газогенераторов и, соответственно, аварийно-спасательных систем.

3. Результаты диссертационной работы позволяют рекомендовать для использования в НТГГ серийные газогенераторные топлива с высокими эксплутационными характеристиками.

4. Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы в целом могут быть использованы при проектировании и отработке низкотемпературных газогенераторов на твердом топливе для аварийно-спасательных систем и авиационной и в ракетно-космической технике.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ

1. Характерные параметры, определяющие возникновение волны теплообмена при фильтрации горячего газа через порошкообразный емкостный охладитель и соответствующие им условия.

2. Экспериментальные характеристики для порошкообразных емкостных охладителей.

3. Определение максимальных плотностей и коэффициентов газопроницаемости материалов охладителя.

4. Рекомендации по проектированию порошкообразного емкостного охладителя с учетом значений основных параметров, которые обеспечивают волновой теплообмен. С применением этих рекомендаций рассчитать параметры низкотемпературных газогенераторов для обеспечения работы аварийно-спасательных систем.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается:

1. Использованием основополагающих уравнений теории теплообмена и фильтрации газа в пористой среде, значений термодинамических и теплофизических величин, приведённых в академических справочниках, а также известных, проверенных на практике, экспериментальных характеристик взаимодействия газа и пористой среды.

2. Хорошим согласованием результатов расчёта и проведённых в работе экспериментов, а также их совпадением с данными других авторов.

3. Применением современных. аттестованных приборов, поверенных и надежных средств измерения и регистрации, опробованных методик.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ

Разработанные принципы организации волнового теплообмена, уточненные математические модели, спроектированные экспериментальные установки, методики исследований и полученные в результате исследований расчётные и экспериментальные данные использованы: при разработке низкотемпературного газогенератора для прямоточного реактивного двигателя на порошкообразных металлических горючих;

- при проектировании низкотемпературного газогенератора для пневмодомкратов;

- при проектировании низкотемпературных газогенераторов для аварийных систем перекрытия газопродуктопроводов;

- при проектировании низкотемпературных газогенераторов для аварийных тормозных систем для железнодорожного транспорта;

- в учебном процессе кафедр РКТ и ТКА ПермГТУ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты диссертационной работы докладывались на:

- Всероссийской научно-технической конференции: Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2004, 2005 г. Пермь, 2004, 2005 гг;

- конкурсе на лучший научный доклад студентов и аспирантов по естественным, техническим и гуманитарным наукам, г. Пермь, 2004 г;

- XXV Российской школе по проблемам науки и технологий, г. Миасс, 2005 г;

- Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «VIII Королёвские чтения», г. Самара, 2005 г;

Всероссийской научно-технической конференции «Ракетно-космические двигательные установки», МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, 2005 г.

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы; изложена на 130 страницах, содержит 35 рисунков, 15 таблиц; список литературных источников включает 106 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлены характерные параметры процесса теплообмена при фильтрации горячего газа через порошкообразный емкостный охладитель: а0, Ь0, С.

2. Определены условия образования волны теплообмена, состоящие в соблюдении количественных соотношений для выявленных параметров процесса: а0 > 0,1; b0 < 1; С < 1,5; Z0K > 0,03.

3. Экспериментально подтверждено существование волны теплообмена при определенных теоретическим путем условиях волнового процесса. Параметры процесса теплообмена в эксперименте принимают значения (а0>~0,1; b0 <~ 1; С <~ 1; ZVQ > ОД), которые соответствуют этим условиям.

4. Разработаны характеристики порошкообразного емкостного охладителя, комплексно описывающие эффективность его работы. Экспериментально определены их значения и произведено сравнение с подобными характеристиками других охладителей: а) глубина охлаждения горячего газа, <РТ = 3,6.4,3 (в разлагающихся охладителях (рт - 2,9); б) стабильность температуры на выходе |А7"| = 50. 80 А* (в разлагающихся охладителях |ЛГ| более 100 К); в) массовая эффективность охладителя,срт - 0,7. 1,4 (в разлагающихся охладителях (рт =0,3. 1,5); г) потери давления - <PV -——^££!£-100% = 5.10%.

Р ex д) степень чистоты холодного газа - высокая, содержание сажи менее 0,01 % (в разлагающихся охладителях - низкая, содержание сажи, более 10 %); е) время работы - более 100 с (разлагающихся охладителей - менее 10 с).

В результате сравнения показано, что в целом по своим характеристикам порошкообразный емкостный охладитель намного эффективнее охладителя на разлагающихся материалах.

5. Экспериментально исследованы и определены максимальные плотности перспективных материалов охладителя.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований процесса волнового теплообмена в порошкообразном емкостном охладителе разработаны рекомендации расчета и проектирования НТГГ. Рассмотрены примеры низкотемпературных газогенераторов для обеспечения работы аварийно-спасательных систем.

Таким образом, в диссертационной работе выполнено теоретическое и экспериментальное исследование рабочего процесса и конструкции порошкообразных емкостных охладителей продуктов сгорания серийных газогенераторных топлив. Порошкообразные охладители снаряжались порошками бора, оксида кремния, позволяющими обеспечить низкую продольную теплопроводность и высокую теплоемкость охладителя.

Рекомендуемые теплоаккумулирующие порошки, в частности бор и кварцевый песок (,SiC>2), отличаются прочностью, термостойкостью, коррозионностойкостью частиц. Из них могут быть изготовлены охладители произвольной формы, являющиеся устройствами высокой технологичности, легко соединяемые друг с другом и другими конструктивными элементами порошкообразного охладителя. Металлические порошки, представляющие интерес для порошкообразных охладителей, выпускаются со сферической формой частиц. Охладители из порошков металлов, в частности сохранят работоспособность при самых жестких ударных сжатиях в ходе транспортных или иных перегрузок. Особый интерес представляет бор, который обладает уникальным сочетанием высокой теплоемкости и низкой теплопроводности, что позволяет его рекомендовать как предпочтительный теплоаккумулирующий материал порошкообразного охладителя продуктов сгорания твердотопливного газогенератора. Отметим, что процесс теплообмена легко управляем варьированием параметров потока газа и порошкообразного охладителя (удельный расход газа, размеры частиц в охладителе и других параметров).

Полученные результаты теоретического и экспериментального анализа порошкообразных охладителей, реализующих новый механизм теплообмена, позволяют сделать важный шаг к широкому применению газогенераторов на твердом топливе в ракетных двигателях и в аварийно-спасательных системах.

По теме диссертации опубликовано 8 работ [95, 96, 101 - 106].

1. Серебренников С.Ю. Аварийные системы с газогенераторами и двигателями на твердом топливе (теория и эксперимент). -Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - 266 с.

2. Пороха, топлива, заряды. Том II. Заряды народнохозяйственного назначения / В.Н. Аликин, A.M. Липанов, С.Ю. Серебренников, М.И. Соколовский, В.Н. Стрельников. М.: Химия, 2004. - 204 с.

3. Аварии и несчастные случаи в нефтяной и газовой промышленности России / Под редакцией Ю.А. Дадонова и В.Я. Кершенбаума. М.: Технонефтегаз, 2001.-201 с.

4. Бицоев С., Власова И. За взрывы домов в Москве и Волгодонске ответили только два террориста // Новые известия, 13.01.2004.

5. РИА Новости. Пожар в Останкино: телецентр эвакуируют // Комсомольская правда, 11.04.2005.

6. Молок Н. Сгорела старая Москва // Известия, 16.03.2004.

7. Чижиков М., Емельянов И. Жизнь, картина дня // Комсомольская правда, 28.12.2004.

8. Вспомогательные системы ракетно-космической техники / Под ред.: И.В. Тишунина. М.: Мир, 1970. 400 с.

9. Шишков А.А., Румянцев Б.В. Газогенераторы ракетных систем. М.: Машиностроение, 1981.

10. Способ генерации холодных газов в твердотопливных газогенераторах. В.А. Шандаков, В.М. Пузанов и др. // Физика горения и взрыва, 1999, Т. 35, № 4. С. 75 78.

11. П.Баррер М., Жомотт А., Вебек Б.Ф. Ракетные двигатели. М.: Оборонгиз, 1962. 800 с.

12. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1980. 536 с.

13. Ерохин Б.Т. Теория внутрикамерных процессов и проектирование РДТТ. М.: Машиностроение, 1991. - 559 с.

14. Винницкий A.M. Ракетные двигатели на твердом топливе. М: Машиностроение, 1973. - 348 с.

15. Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. М.: Машиностроение, 1973. -348 с.

16. Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. М.: Машиностроение, 1989. -240 с.

17. Шабунин А.И., Сарабьев В.И., Емельянов В.Н. Исследование пиротехнических систем для твердотопливных низкотемпературных газогенераторов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2004.

18. Нестационарное горение и внутренняя баллистика: сборник материалов: Санкт-Петербург, 2000, С. 251 253.

19. Патент РФ № 2069091, МКИ В01J7/00, F23R5/00,1996.

20. Баллиститное топливо // Патент 2247700, Россия, кл. 7 С06В25/18, C06D5/06,2003.

21. Состав для тушения пожаров // Патент 2095104, Россия кл. 6 A62D1/00, A62D1/06, 1996.

22. Экологически чистые малопламенные и беспламенные аэрозольгенерирующие составы для тушения пожаров // Патент 2193429, Россия, кл. 7 A62D1/06,2000.

23. Способ пожаротушения (его вариант), устройство для его осуществления (его варианты) и система пожаротушения // Патент 2118551, Россия, кл. 6 А62С2/00, А62С2/00, А62С35/00, 1997.

24. Способ получения охлажденных нетоксичных газов и устройство для его осуществления // Патент 2000122826, Россия, кл. 7 A62D3/00, А62СЗ/00,2000.

25. Патент, Франция, 2235282, кл. С 06В 29/08, 1973.

26. Патент, США, 3558285, кл. 23-281,1971.

27. Патент, Россия, 2023956 С1,30.11.1994.

28. Авторское свидетельство СССР, 860773, МКИ А62С13/22, 1981.

29. Теплоаккумулирующий наполнитель, Авторское свидетельство СССР, 832266, кл. F 24 J 3/02,1979.

30. Теплоаккумулирующий наполнитель, Авторское свидетельство СССР, 832266, кл. F 24 J 3/02,1979.

31. Авторское свидетельство СССР, 615348, кл. Б28Д 17/00, 1976.

32. Авторское свидетельство СССР, 903687, кл. Б28Д 17/00,1980.

33. Надувная подушка безопасности // Патент 3910596, США, кл. B60R21/10,1972.

34. Авторское свидетельство СССР, 1755911, кл. B01J7/00,1992.

35. Газогенератор на твердом топливе // Патент 95100346/06, Россия, кл. B01J7/00,1997.

36. Патент WO 95/32761 А1, 07.12.1995.

37. Патент WO 97/21468 А1,19.06.1997.

38. Авторское свидетельство СССР, 1630840 А1, 28.02.1991.

39. Авторское свидетельство СССР, 1087749 А, 23.04.1984.

40. Патент США, 2786536 А, 26.03.1957.

41. Патент, Россия, 8088 U1,16.10.1998.

42. Патент, Россия, 7902 U1,16.10.1998.

43. Патент, Россия, 2069091 С1,20.11.1996.

44. Газогенератор // Патент 5051684/23, Россия, F23R5/00, 1994.

45. Твердотопливный газогенератор для подводного использования // Патент 95101580/06, Россия, B01J7/00,1997.

46. Низкотемпературные газогенераторы. О.В. Валеева, С.Д. Ваулин, С.Г. Ковин, В.И. Феофилактов. Миасс, 1997.-268 с.

47. Лейн, Дергазарян. Малогабаритные твердотопливные газогенераторы // Вестник ракетной техники, 1973, № 5. С. 36 47.

48. Газогенерирующее устройство // Патент 2000122166/12, Россия, А62С13/22.

49. Газогенератор // Патент 3464, Россия, F02C7/25,1997.

50. Газогенератор // Свидетельство на полезную модель 95115443/20, Россия, 6 F02C7/25, 1997.

51. Охлаждение продуктов сгорания газогенераторных топлив в порошкообразных емкостных охладителях. В.И. Малинин, Е.И. Коломин, С.Ю. Серебренников, И.С. Антипин // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника, 2002 г., №13. С. 72 76.

52. Саттон, Пакановский, Сарнер. Твердые топлива для газогенераторов // Вестник ракетной техники, 1968, № 4. С. 48 56.

53. Трубчатый теплообменник // Патент 59-17353, Япония, кл. F 28 D 15/00,1977.

54. Устройство для регенерации тепла, Патент 59-14719, Япония, кл. F 28 D 17/00,1980.

55. Теплообменник, Патент 57-35399, Япония, кл. F 28 D 1/04, F 28 F 1/16, 3/12, 1975.

56. Теплоаккумуляционный сосуд, Патент 57-36519, Япония, кл. F 28 D 17/00, 1976.

57. Теплообменник, Патент 57-33400, Япония, кл. F 28 D 7/10, F 24 Н 1/18, 1976.

58. Теплообмен и трение при турбулентном течении газа в коротких каналах. А.С. Сукомел и др. М.: Энергия, 1979. 216 с.

59. Дрейцер Г.А., Кузьминов В.А. Расчет разогрева и охлаждения трубопроводов. -М.: Машиностроение, 1977. 155 с.

60. Нестационарный теплообмен. В.К. Кошкин и др. М.: Машиностроение, 1973. 327 с.

61. Чудновский А.Ф. Теплообмен в дисперсных средах. М.: Гостехиздат, 1954.-254 с.

62. Горбис Э.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. М.: Энергия, 1970. - 365 с.

63. Тепло- и массоперенос в дисперсных системах. Минск: Наука и техника, 1965, ИТМО БССР. -176 с.

64. Тепло- и массоперенос в процессах термообработки дисперсных материалов. Минск: ИТМО АН БССР, 1974. - 176 с.

65. Техника низких температур. М.: Энергия, 1975. С. 342.

66. Микулин Е.И., Шевич Ю.А. Матричные теплообменные аппараты. -М.: Машиностроение, 1983. С. 13.

67. Исаченко В.П. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с.

68. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 343 с.

69. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. -416 с.

70. Максимов Е.А., Страдомский М.В. Некоторые особенности теплообмена в пористых средах // Инженерно-физический журнал, 1971. №4. С. 588-591.

71. Елисеев Б.В., Уфатов Н.В., Чиков В.П. Расчет переходного режима установления температуры в пористом нагревателе // Теплофизика высоких температур, 1983. Т. 21, № 4. С. 765.

72. Романов В.А., Смирнова Н.И. Теплообмен при вынужденной конвекции в слабопроницаемом слое // Инженерно-физический журнал, 1977. Т. 33, №2.

73. Белов С.В. Коэффициенты теплопередачи в пористых металлах. -Теплоэнергетика. 1976, № 3. С. 74 77.

74. Трянин А.П. Идентификация коэффициента теплообмена в пористом теле из решения обратной задачи. Инженерно-физический журнал, 1983, Т. 45 №5.-С. 145- 152.

75. Трянин А.П. Определение коэффициента теплоотдачи на входе в пористое тело и внутри него из решения обратной задачи. -Инженерно-физический журнал, 1987, Т. 52 № 3. С. 469 - 475.

76. Белов С.В. Пористые металлы, в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981. - 247 с.

77. Бекман Г., Гили П. Тепловое аккумулирование энергии. М.: Мир, 1987. 272 с.

78. Риаз. Аналитические решения для однофазной и двухфазной моделей балластных аккумуляторов тепловой энергии // Теплопередача, 1977, № 3. С. 154.

79. Хьюз и др. Расчетные модели аккумулятора тепловой энергии с внутренней засыпкой для солнечного кондиционера // Теплопередача, 1975, №2. С. 200.

80. Хергер, Филлипс. Ограничения на однофазную модель теплообмена между твердой и газовой фазами в плотных слоях // Теплопередача, 1977. №3, С. 154.

81. Хергер, Филлипс. Методика использования коэффициента стратифакции для расчета теплопроизводительности воздушных систем солнечного отопления с тепловым аккумулятором с упакованной насадкой // Энергетические машины и устройства, 1988, № 3. С. 224.

82. Тораб, Бизли. Оптимизация теплового аккумулятора с упакованной насадкой // Энергетические машины и установки. 1988. № 3. 213 с.

83. Александров В.В., Груздев В.Л., Коваленко Ю.Л. Теплопроводность некоторых СВЕ систем на основе алюминия // Физика горения и взрыва, 1985, т. 21, № 1.

84. Харченко В.Н. Теплообмен внутри пористого материала в нестационарных условиях // Инженерно-физический журнал, 1968. Т. 15, № 1.

85. Дружинин С.А. О расчете внутреннего теплообмена при пористом охлаждении // Теплоэнергетика, 1961, № 9, С. 73 77.

86. Гайер М., Биттерлих, Вернер К. Тепловой аккумулятор с твердой насадкой и жидким теплоносителем для солнечной электростанции малой мощности // Энергетические машины и установки. Труды американского общества инженеров-механиков, 1988, № 4. С. 198.

87. Есикава, Кадзияма, Окамура, Кабасима, Ямасаки. Экспериментальные исследования тепловых характеристик высокотемпературного теплообменника с плотным слоем шариковой насадки // Теплопередача, 1985, № 3. С. 198.

88. Берч, Аллен, Пиви. Распределение температуры в пористом слое при неустановившемся режиме после внезапного нагрева продувкой теплоносителя // Теплопередача, 1976, № 2. С. 76.

89. Елухин Н.К., Старосвитский О.И. Теплопередача и гидравлическое сопротивление в регенераторах с насыпными насадками воздухоразделительных установок // Труды ВНИИКИМ АШ. Вып. 5. М.: Машгиз, 1962. С. 36 59.

90. Коломин А.Е., Малинин В.И., Серебренников С.Ю. Влияние основных параметров на процесс теплообмена в порошкообразном емкостном охладителе // Вестник ИжГТУ. 2004. - Вып. 1. - С. 3 - 7.

91. Физико-химические свойства окислов. Справ, изд. /Под ред. Г.В. Самсонова. М.: Металлургия, 1978. - 478 с.

92. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. / Под ред. В.П. Глушко М.: Наука. 1981. Т. 3, кн. 2. - 400 с.

93. Физические величины: Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др. /Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова -М.: Энергоатомиздат, 1991. 563 с.

94. Щелчков А.Г. Определение средних размеров пор порошковых и металлотканевых фильтрующих материалов // Порошковая металлургия, 1975, № 10. С. 66 71.

95. Анализ влияния основных параметров на процесс теплообмена в порошковом емкостном охладителе. / А.Е. Коломин, В.И. Малинин, С.Ю. Серебренников, Б.Ф. Потапов // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника, 2005 г., № 22. С. 43 49.