Способ управления параметрами пограничного слоя на секционированной электродной стенке мгд-генератора

 

Использование изобретения: в МГД-ускорителях. плазмохимических реакторах. Сущность изобретения: углеводородное топливо и окислитель предварительно смешивают с коэффициентом избытка окислителя выше значения, исключающего образование при нагреве полученной смеси углеродистых отложений, но меньше критического , при котором смесь приобретает способность к воспламенению. Смесь под ают в тело проницаемых изоляционных вставок электродной стенки, где она нагревается тепловым потоком от плазмы до температуры протекания процесса неполного горения топлива, Смесь вводят в пограничный слой на электродной стенке со скоростью , обеспечивающей дальнобойность струи, соизмеримую с толщиной пограничного слоя. Для смеси природного газа с воздухом 0,3 а 0,6, а значения плотности/ и скорости v вдуваемой струи удовлетворяют соотношению 0.01 0,1. 1 з.п. (pv )осн ф-лы, 1 ил. параметрами пограничного слоя на секционированной электродной стенке МГД-генератора путем вдува через проницаемую электродную стенку углеводородного газового топлива и окислителя осуществляют предварительное смешение топлива и окислителя с коэффициентом избытка окислителя а, определяемым соотношением , СЛ С со о IPs ;00 О СА)

СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (я)л Н 02 К 44/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

С0

О

Ф ! о

;Q0

IО (21) 4899723/25 (22) 08.01.91 (46) 23.03.93.Бюл.N 11 (71) Институт проблем энергосбережения

АН УССР, Институт газа АН УССР (72) Р.В.Ганефельд, В.С,Яковлев, О,Я.Казакевич, А.Х, Качурин, B.B. Штефан, В.В. Веселов и В.Г.Котов (73) Отделение высокотемпературного преобразования энергии Института проблем энергосбережения АН Украины (56) Качурин А.Х„Казакевич О.Я., Яковлев

В.С. Влияние реакционной зоны защитной среды на электрические характеристики металлических электродов. /Диагностика плазмы в МГД-генераторе, электрофизические процессы в МГД-каналах: Научно-техническое совещание стран-членов СЭВ;

СССР, Москва, 1988-М.:ИВТАН, 1990, с.18.

ЧЯ.Malghan, I Balachandran, R.Kalippan, D.Krlshnamoorthy. Experimental InvestIgation

of Boundary Layer Controlled Electrodes, 10 Ф

International Conference of MHD Eiectrical

Power Generation, TiruchlrappalIl, India, dec, 4-8, 1989, И, р, IV-81.

Изобретение относится к области

МГД-генерирования электрической энергии и может быть использовано в высокотемпературн ых плазмен н ых установках.

Цель изобретения — повышение надежности системы вдува и эффективности системы вдува и эффективности работы

МГД-генератора. Указанная цель достигается тем, что в известном. способе управления

„„ Ц„„1804686 АЗ (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НА СЕКЦИОНИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОДНОЙ СТЕНКЕ

M ГД-ГЕ Н Е РАТО РА (57) Использование изобретения: в МГД-ускорителях, плазмохимических реакторах.

Сущность изобретения: углеводородное топливо и окислитель предварительно смешивают с коэффициентом избытка окислителя выше значения, исключающего образование при нагреве полученной смеси углеродистых отложений, но меньше критического, при котором смесь приобретает способность к воспламенению. Смесь подают в тело проницаемых изоляционных вставок электродной стенки, где она нагревается тепловым потоком от плазмы до температуры протекания прОцесса неполного горения топлива, Смесь вводят в пограничный слой на электродной стенке со скоростью, обеспечивающей дальнобойность струи, соизмеримую с толщиной пограничного слоя. Для смеси природного газа с воздухом 0,3 < а< 0,6, а значения плотности/3 и скорости ч вдуваемой струи удовлетворяют

cootHoLueHxe 0,01 < вд < 0,1. 1

pч осн ф-лы, 1 ил. параметрами пограничного слоя на секционированной электродной стенке МГД-генератора путем вдува через проницаемую электродную стенку углеводородного газового топлива и окислителя осуществляют предварительное смешение топлива и окислителя с коэффициентом избытка окислителя а, определяемым соотношением

% < < г в, 1804686 где а - максимальное значение коэффициента, при котором еще возможно образование углеродистых отложений в каналах электродной стенки в процессе пиролиза; а — минимальное значение коэффициента, когда возможен процесс самопроизвольно го воспламенения смеси в каналах электродной стенки.

Затем смесь подают в проницаемые изоляторные вставки, при этом обеспечивают условия для протекания процесса неполного горения топлива в результате нагрева смеси тепловым потоком, падающим на электродную стенку и вводят смесь в МГД-канал, причем плотность и скорость вводимой смеси выбирают такими, чтобы обеспечить завершение реакции неполного горения в пограничном слое на электродной стенке.

Если в качестве окислителя и углеводородного топлива используется воздух и природный газ, то для таких смесей ап- 0,3, а -8,6, а плотность и скорость вводимой в канал смеси удовлетворяет соотношению

001« 01, рч сн где ч — плотность и скорость вдуваемой (вд.) смеси и основного потока,(осн.) рабочего тела ИГД-генератора.

На фигуре представлена схема реализации предлагаемого способа. Гаэ-окислитель и углеродйое топливо подают в камеру смешения 1, расположенную вне канала

МГД генератора. Приготовленная смесь с а, лежащим в диапазоне ал < а < а, по трубопроводу 2 пдступает в распределительные камеры 3 и далее в изоляционные вставки 4 электродной стенки, где подогревается теплом плазмы основного потока.

Продукты неполного горения топлива покидают изоляционные вставки и сносятся основным потоком газа МГД-генератора на электрод 5,где в погранслое заканчивается реакция неполного горения, обеспечивая повышение температуры и электропровод. ности s погранслое.

Пример конкретного вйполнения способа.

Результативность предложенного способа проверялась экспериментально на электродной стенке, включающей самостоятельную изоляционную проницаемую вставку и электродный узел из 3 комбиниоованных электродов размерами 30х15 мм .

Вставка выполнена из окиси алюминия с каналами сечения 3.5 мм и пористостью

0,7. Температура огневой поверхности пористой вставки не превышает 2000 К, Элек тродная стенка и ответные электроды установлены на срезе сопла камеры сгорания.

Скорость основного потока продуктов сгорания — 400 м/с, температура — 2800 К, расход — 120 г/с, состав — метано-кислородная плазма. Вдуваемая смесь воздух и природный газ имеет переменный состав, а изменяется в диапазоне 0,04-0,7, расходы до

10 10 /с.

Ход процесса неполного горения топлива в изоляционной вставке контролируется по составу плазмы, отбираемой за электрод- . ной стенкой водоохлаждаемым пробоотбор- .

15 ником.

Одновременно снимаются поперечные вольт-амперные характеристики плззмейного промежутка, измеряется электриче ская прочность изоляции и тепловые потоки

20 на электрод. Предельное значение ав определялось по визуальному обнаружению проскока пламени иэ вставки в подающий трубопровод, для чего камера смешения .выполнена с прозрачной стенкой. Для использованной газовоздушной смеси установлено. что а =0.6, Предельное значение ап определяется по моменту появления на стенках каналов проницаемой вставки налета углеродистых отложений при температуре огневой поверхности стенки 1350-14000С и составляет а =0.3, Химический анализ продуктов сгорания показал, что при температурах поверхности вставки до 800 С в продуктах сгорания за вставкой присутствует СН4, СО, Нг. Наличие метана указывает на незавершенность процесса неполного горения в стенке. Повышение температуры стенки до 1700 С ведет к

40 исчезновению метана в пробах, одновременно изменяется распределение температуры rio поверхности вставки — максимум температуры перемещается вниз но ходу движения потока, что свидетельствует об

45 Окончании процесса неполного горения в погранслое над стенкой.

Снятые для этого случая поперечные вольт-амперные характеристики с диффузным режимом токосъема показали повышение электропроводности погранслоя в 2-3 раза по сравнению со вдувом одного воздуха. Причем этот эффект существенно зависит от скорости вдува и максимальное

55 возрастание проводимости плазменного промежутка наблюдалось при

° °

= 0,07, /О ч осн.

1804686 а <а<а,, где а —. максимальное значение коэффици- 20 „ч, ента, соответствующее режиму образовасн ния углеродистых отложений в каналах электродной стенки в процессе пиролиза, р, v — плотность и скорость. вдуваемой а - минимальное значение коэффици- (вд) смеси и основного потока (оси) газа ента, соответствующее режиму самопроиз- 25 МГД-генератора. вольного воспламенения смеси в каналах

ОстЯнай латок разо.

Для этого же значения вдува было замечено возрастание теплового потока на электрод на 3-5 и продольной прочности на

25-35 .

Формула изобретения

1. Способ управления параметрами пограничного слоя на секционированной электродной стенке МГД-генератора, путем вдува через проницаемую электродную стенку углеводородного газового топлива и окислителя,от л и ч а ю щи и с я тем,что, с целью повышения надежности системы вдува и эффективности работы МГД-генератора, топливо и окислитель смешивают с коэффициентом избытка окислителя à, определяемого соотношением: электродной стенки. затем смесь подают в проницаемые изоляционные вставки, при этом обеспечивают условия для протекания процесса неполного горения топлива в ре5 зультате нагрева смеси тепловым потоком от горячей электродной стенки, и вводят смесь в канал, причем плотность и скорость вводимой смеси выбирают такими, чтобы обеспечить завершение реакции неполного

10 горения топлива в пограничном слое на электродной стенке.

2. Способ по и 1, отличающийся тем, что в качестве углеводородного топлива и окислителя используют соответственно

15 природный газ и воздух, для смеси которых п =. 0,3 и ив 0,6, а плотность и скорость смеси, вводимой в канал, удовлетворяют со-, отношению