Особенности теплообмена и теплового режима высокотемпературных огневых стенок энергетических аппаратов при высоких конвективных и лучистых потоках
Исследование особенностей конвективного теплообмена при тепловой защите высокотемпературных огневых стенок тангенциальным вдувом холодного газа. Анализ тепловых потоков и температурных полей в высокотемпературных элементах комбинированных электродов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.05.2018 |
| Размер файла | 414,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Масштабы протяженности, проводимости, температуры, скорости:
На рис. 7 в безразмерной форме представлены обобщенные расчетные зависимости толщины пленки, температуры поверхности пленки, и средней электрической проводимости при L=0) от параметра Ba.
На рис. 8 показано (в размерной форме) изменение плотности теплового потока на нижней границе пленки (1) и на ее поверхности (2) и изменение средней плотности продольного электрического тока в пленках К-фазы (3) по длине расчетного канала алюмоводородного МГД - генератора (мощность Pn ? 3МВт). Температура поверхности текущей пленки Al2О3 при параметрах указанных на рис. 9 меняется практически линейно по длине канала от 2400 - 2430К до 2500 - 2600К (при изменении Ex от 800 до 2000 В/м).
При возрастании температуры поверхности пленки расплава (из-за увеличения плотности электрического тока) уменьшается тепловой поток к ее поверхности (кривая 2 на рис. 8), в то же время, по мере увеличения плотности тока, растет дополнительный тепловой поток за счет джоулева тепловыделения (кривая 1 на рис. 8).
Этот поток может в несколько раз превышать тепловой поток к огневой поверхности и достигать 2-3 Мвт/м2. Это обстоятельство помимо увеличения тепловых потерь ставит весьма жесткие (по отводу тепловых потоков) требования к конструкции стенки и системе ее охлаждения.
Полученные результаты позволили провести оценку влияния токов утечки по пленкам осаждающимся на изоляционной и электродной стенках К-фазы на локальные характеристики МГДГ. Электрическая проводимость пленок рассматривалась в терминах поверхностной проводимости Масштабы (соответственно - протяженности, напряженности электрического поля, потенциала, плотности тока, мощности), использующиеся при анализе влияния поверхностной проводимости (отличные от масштабов, использовавшихся при анализе течения пленки) на локальные характеристики МГДГ [9]:
; ; ; ; ;
Здесь: а - ширина канала; в - высота электродной стенки; ??00 -проводимость плазмы; В - магнитная индукция; U1- скорость потока; безразмерная проводимость пленки определятся как
На рис. 9 представлена зависимость локальной безразмерной мощности (Pn) от безразмерной поверхностной проводимости при различных значениях параметра Холла. С увеличением поверхностной проводимости, безразмерная мощность уменьшается нелинейно и весьма быстро. При этом становится весьма проблематичной возможность реализации при достаточно эффективного МГДГ. Причем речь идет о характеристиках МГД - генератора, без учета диссипативных потерь.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 8 Изменение плотности теплового потока на нижней границе пленки по длине канала - (1) и на ее поверхности - (2); 3 - изменение средней плотности продольного электрического тока в пленках К-фазы по длине канала алюмоводородного МГД - генератора (104A/м2). Х = 1м, Ex = 1200 В/м, на входе:T0 = 3000K, P0 = 0.2МПа, U0 =1900м/c L = 0; D = 5*10-4; Bа = 0,35)
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 9 Зависимость локальной безразмерной мощности (Pn) от безразмерной поверхностной проводимости при различных значениях параметра Холла х = 1м (1 - в = 1; 2 - в = 2; 3 - в = 3)
Таким образом, влияние проводящих пленок К-фазы на локальные характеристики МГДГ особенно велико для генераторов малого масштаба.
Заключение
1. Разработана расчетная модель теплообмена турбулентного потока плазмы (газа) с высокотемпературной неизотермической огневой стенкой, в том числе при наличии тангенциального вдува. В расчетной модели использована низкорейнольдсовая модель турбулентности без пристеночных функций. Расчетный анализ проведен применительно к работе каналов МГД - генераторов и жаровых труб камер сгорания форсированных ГТУ.
Обобщение результатов расчетов впервые выполнено с использованием метода характеристических масштабов. Это позволило установить существование подобия полей скорости в турбулентных течениях при тангенциальном вдуве и подобие полей температуры, в общем случае не подобных полю скорости (при невыполнении аналогии Рейнольдса).
2. Впервые установлено наличие максимума турбулентной вязкости за срезом щели тангенциального вдува при превышении температурой огневой стенки ее адиабатического значения, приводящее к заметному в этих условиях ухудшению эффективности теплозащиты.
3. Получено аналитическое решение для уравнения диффузии излучения в массиве высокотемпературного элемента огневой стенки из «полупрозрачной» керамики при нагреве из объема рабочего газа в узком спектральном диапазоне. Для керамик на основе ZrO2 приемлемым для инженерных расчетов является приближение лучистой теплопрводности.
4. Представлена методика экспериментального определения температуры огневой поверхности по измерениям эффективного излучения в различных диапазонах длин волн, позволяющая определить степень черноты неизлучающих участков и найти распределение истинной температуры огневой поверхности комбинированных стенок из одинаковых элементов.
5. На основе анализа полученных в работе расчетных и экспериментальных результатов разработана инженерная расчетная модель оценки теплового режима комбинированной огневой стенки (применительно к условиям МГДГ и подобным им) с учетом их неизотермичности, переизлучения и радиационного переноса в объеме керамики.
6. Рассмотрена задача о сопряженных процессах теплопередачи и джоулева нагрева керамических элементов в комбинированной огневой стенке; показана целесообразность асимметричного расположения керамических токовыводов комбинированного электрода для предотвращения концентрации токов в «холодных» областях и снижения вероятности контрагирования разряда. Установлены допустимые толщины пленок над изолятором при «репленишменте». Для рассматривавшихся МГД - каналов их толщина не должна превышать 1-1,5мм.
7. Получено обобщенное расчетно-теоретическое решение, описывающее особенности формирования, течения и теплообмена тонких ламинарных пленок К-фазы, осаждающейся на поверхности электродных стенок каналов алюмоводородных МГД - генераторов при джоулевом тепловыделении в их объеме в результате холловских токов утечки. В полученном решении учтены зависимости вязкости и электропроводности расплава К-фазы от температуры. Для каналов алюмоводородных МГДГ проведены оценки влияния таких пленок на локальные характеристики МГД - генераторов и оценка их минимального масштаба, при котором наличие пленок К-фазы незначительно ухудшает его характеристики.
Литература
1. Batenin V.M., Zalkind V.I. Materials for MНD Generators. MНD Electrical Power Generation. // International Meeting on MНD Technology, Genua, Italy, 1994.
2. Битюрин В.А., Бочаров А.Н., Желнин В.А., Любимов Г.А. Сопряженный теплообмен на неизотермических стенках с сильнонеоднородными свойствами.// Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1985. №4. С. 9-16.
3. Шейндлин А.Е., Битюрин В.А., Жук А.З., Сон Э.Е., Иванов П.П., Мирошниченко В.И. Высокотемпературный МГД генератор на алюмоводородной плазме.// Известия Академии Наук, Энергетика. 2011. №5. С. 38-44.
4. Михин В.И. Низкорейнольдсова модель турбулентности с модельными функциями, не содержащими пространственной координаты в качестве аргумента.// Препринт./ ФЭИ-2654. Обнинск. 1997. С. 14.
5. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-массобмена. М.: Высшая школа, 1974. 329 c.
6. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Теплообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергия, 1982. 344 c.
7. Шаоен К., Денинг Л. Экспериментальное исследование эффективности завесы, коэффициентов теплоотдачи и турбулентности течения при завесном охлаждении. // Ракетная техника и космонавтика. №8. т.8.1980. С. 57-65.
8. Васенин И.М., Глазунов А.А., Губарев А.В., Иванов В.А., Королева Л.А., Кулигин Е.В., Панченко В.П., Чернов Ю.Г., Якушев А.А. Метод и комплекс программ «Канал» расчета одно- и двухфазных течений в сверхзвуковых МГД генераторах.// Препринт 5014/12./ ИАЭ. 1990. М. С. 45.
9.Шейндлин А.Е., Кириллов В.В., Шумяцкий Б.Я. Локальные характеристики неидеального МГД - генератора и приближенные методы их расчета.// Препринт / ИВТАН. 1977.А 77/7. М. С. 48.
Работы, опубликованные по теме диссертации
1. Zalkind V.I., Schigel S.S. An analysis of thermal operation modes on combined walls of open cycle MHD channels.//X IC MHD EPG, Tiruchirapalli, India Dec 1989. V I, IV, pp.100-104.
2. Залкинд В..И., Щигель С.С. Об особенностях процесса теплопереноса в огневых стенках высокотемпературных установках.//Сборник “МГД - технологии в энергетике”. ИПЭ АН УССР, Киев, “Наукова Думка”. 1990.,C 72-75.
3. Бейлис И.И., Залкинд В.И., Кириллов В.В., Щигель С.С. Двумерный анализ джоулевой диссипации в комбинированных электродах МГДГ// ТВТ, Т.28 №6,1990,С. 1220-1225.
4. Кириллов В.В.,Залкинд В.И., Щигель С.С. Исследование теплового режима комбинированных электродов в МГД - генераторах открытого цикла//ТВТ, т 29, 1991,C. 188-190.
5. Белкин Е.Я., Вирник А.М., Гохштейн Я.П., Залкинд В..И., Кириллов В.В., Куфайкин А.Я.,Чернышев Г.П., Щигель С.С. Электордная стенка магнитогидродинамического генератора.//Авторское свидетельство SU 1698941 A1 от 15 августа 1991.Опубликовано 15.12.91 Бюлл. 46.
6. Zalkind V.I., Krapivny V.F., Schigel S.S. The development and investigation of carcase electrodes for MHD generators on gas and gaseous fuel.//XI IC MHD EPG, Beijing, PRC,oct 12-16, 1992, v. I, pp 253-255.
7. Zalkind V.I. Povelicin V.A., Schigel S.S. Development of open cycle MHD generator's fired walls: problem of replenishment of fire surfaces and analysis of heat transfer regime.//XI IC MHD EPG, Beijing, PRC, oct. 12-16, 1992, v. I, pp. 256-261.
8. Залкинд В.И., Афанасенкова Н.Н., Повелицын В.А., ЩигельС.С. Разработка электродных стенок МГД - генератора открытого цикла, вопросы восстановления их огневой поверхности и выбор теплового режима.//Сборник ИПЭ АН Украины “Плазменные и магнитогидродинамические установки”, Киев, 1992.,C. 143-148.
9. Залкинд В.И., Щигель С.С. Джоулев разогрев проводящих пленок на огневых поверхностях межэлектродных промежутков в каналах МГД - генератора.//Сборник ИПЭ АН Украины “Плазменные и магнитогидродинамические установки”, Киев, 1992., C. 153-155.
10. Залкинд В.И., Повелицын В.А., Шиков В.К., Щигель С.С. Разработка огневых стенок МГД-генератора открытого цикла - проблемы восстановления огневых поверхностей и выбор теплового режима работы.//ТВТ, 1993., т.31, 6 C. 995-1001.
11. Zalkind V.I., Schigel S.S. Development of open cycle MHD generator's fired walls: problem of replenishment of fire surfaces and analysis of heat transfer regime.//XII IC MHD EPG, Yokohama, Japan, Oct 15-18, 1996, v. 2, pp. 1014-1022.
12. Залкинд В..И., Щигель С.С. Особенности теплового режима работы огневых стенок в МГД - генераторах при высоких конвективных и радиационных тепловых потоках//Сборник “Теплообмен в современной технике” (сборник работ отдела теплообмена ИВТ РАН), 1998., C. 292-309.
13. Залкинд В..И., Щигель С.С.Учет радиационного теплопереноса в керамическом заполнении комбинированного элемента огневой стенки.// TBT, №6, 2003, C. 948-953.
14. Залкинд В..И., Щигель С.С. Особенности теплообмена при тепловой зашите тангенциальным вдувом высокотемпературных огневых стенок элементов новых энергетических аппаратов.//ТВТ, №3, 2008.C. 599-609.
15. Залкинд В..И., Щигель С.С. Особенности теплообмена при тепловой защите тангенциальным вдувом высокотемпературных огневых стенок элементов новых энергетических аппаратов.//Тезисы доклада на конференции «Результаты фундаментальных исследований в области энергетики и их практическое значение»,2008. C. 60-62.
16. Щигель С.С. Особенности обобщения задач теплообмена при тепловой защите тангенциальным вдувом высокотемпературных огневых стенок.//ТВТ. Том 47, №3 2009. С. 1-8.
17. Залкинд В..И., Щигель С.С. Сопряженные тепловые и электрические характеристики пленок К-Фазы на электродных стенках алюмоводородного МГД - генератора при высоких тепловых и электрических параметрах.//ТВТ. Том 47, №3 2011. С. 616-626.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование тепловых явлений, влияющих на установление температурного режима в квартире. Обзор способов теплообмена: теплопроводности, конвекции и излучения. Анализ влияния толщины стекла на скорость теплообмена. Источники тепла в современных квартирах.
презентация [2,9 M], добавлен 13.02.2013Изучение понятия теплоотдачи, теплообмена между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Конвективный перенос теплоты. Анализ основного закона конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона-Рихмана. Получение критериев теплового подобия.
презентация [189,7 K], добавлен 09.11.2014Тепловой баланс котельного агрегата, расчет теплообмена в топке и теплообмена пароперегревателя. Теплосодержание газов на входе и выходе, коэффициент теплоотдачи конвекцией. Расчет водяного экономайзера, воздухоподогревателя, уточнение теплового баланса.
практическая работа [270,8 K], добавлен 20.06.2010Конвективный теплообмен - одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью. Основные факторы, влияющие на процесс теплоотдачи. Свободная конвекция в неограниченном пространстве. Вынужденная конвекция. Уравнения конвективного теплообмена.
реферат [14,5 K], добавлен 26.01.2012Основные понятия конвективного теплообмена: конвекция, коэффициент теплоотдачи, термическое сопротивление теплоотдачи, сущность процессов теплообмена. Циклонные топки для сжигания дробленого угля. Характеристики газообразного топлива, доменного газа.
контрольная работа [122,9 K], добавлен 25.10.2009Основные способы организации энергосберегающих технологий. Сущность регенерации энергии. Утилизация вторичных (побочных) энергоресурсов. Системы испарительного охлаждения элементов высокотемпературных печей. Подогрев воды низкотемпературными газами.
доклад [110,9 K], добавлен 26.10.2013Конструкция коммутационного аппарата, учет тепловыделения в контактных областях. Особенности расчета температуры электродов вакуумной дугогасительной камеры. Нестационарный нагрев несимметричных контактов, влияние типов теплообмена на процесс нагрева.
диссертация [4,7 M], добавлен 07.01.2016Физические свойства жидкости, постановка задачи конвективного теплообмена. Гидродинамический и тепловой пограничные слои. Однородные разностные схемы для уравнения теплопроводности. Расчет стационарно-двумерного температурного поля при течении в трубе.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 22.04.2013Уравнение теплового баланса. Теплота, подведенная теплопроводностью и конвекцией, к элементарному объему. Общий вид дифференциального уравнения энергии Фурье-Кирхгофа. Применение ряда Тейлора. Дифференциальное уравнение движения жидкости Навье-Стокса.
презентация [197,5 K], добавлен 18.10.2013Общие понятия лучистого теплообмена. Особенности лучистого теплообмена в разных средах. Тепловой баланс лучистого теплообмена в абсолютных и в относительных единицах. Абсолютно черное, белое и прозрачное тела. Эффективное и результирующее излучения.
презентация [44,0 K], добавлен 18.10.2013Постановка нестационарной краевой задачи теплопроводности в системе с прошивной оправкой. Алгоритм решения уравнений теплообмена. Методы оценки термонапряженного состояния. Расчет температурных полей и полей напряжений в оправке при циклическом режиме.
реферат [4,0 M], добавлен 27.05.2010Конвективный перенос теплоты. Плотность конвективного теплового потока. Свободная и вынужденная конвекция. Свободная конвекция теплоты. Закон вязкого трения Ньютона. Диссипация энергии вследствие трения. Математическая формулировка задачи теплообмена.
лекция [479,2 K], добавлен 15.03.2014Методы получения высокотемпературных сверхпроводников. Псевдощель и фазовая диаграмма. Аномалии физических свойств, связываемые в настоящее время с образованием псевдощелевого состояния. Экспериментальная установка для измерения электросопротивления.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.03.2012Расчет температур поверхности кожуха аппарата прямоугольной формы; нагретой зоны герметичного блока; аппарата с внутренней принудительной циркуляцией воздуха; теплового режима аппаратов кассетной конструкции групп А и Б и с принудительной вентиляцией.
практическая работа [223,8 K], добавлен 06.08.2013Открытие сверхпроводников, эффект Мейснера, высокотемпературная сверхпроводимость, сверхпроводящий бум. Синтез высокотемпературных сверхпроводников. Применение сверхпроводящих материалов. Диэлектрики, полупроводники, проводники и сверхпроводники.
курсовая работа [851,5 K], добавлен 04.06.2016Определение коэффициента теплоотдачи при сложном теплообмене. Обмен теплотой поверхности твёрдого тела и текучей среды. Использование уравнения Ньютона–Рихмана при решении практических задач конвективного теплообмена. Стационарный тепловой режим.
лабораторная работа [67,0 K], добавлен 29.04.2015Теплопередача как совокупность необратимых процессов переноса тепла, виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение. Основные термодинамические процессы и законы. Устройство энергетических установок тепловых и атомных электростанций.
реферат [224,0 K], добавлен 12.07.2015Роль кристаллохимических параметров высокотемпературных сверхпроводников в повышении температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Взаимосвязь между кристаллохимическими параметрами и сверхпроводящим состоянием для таллиевой керамики, влияние фтора.
реферат [1,5 M], добавлен 25.06.2010История развития сверхпроводников. Создание генераторов переменного тока и магнитно-резонансного томографа на основе использования сверхпроводящего магнита. Применение высокотемпературных сверхпроводников. Внедрение ВТСП в вычислительную технику.
презентация [1,0 M], добавлен 22.01.2016Сущность и дифференциальные уравнения конвективного теплообмена. Критерии теплового подобия. Определение коэффициента теплоотдачи. Теплопередача при изменении агрегатного состояния теплоносителей (кипении и конденсации). Расчет ленточного конвейера.
курсовая работа [267,9 K], добавлен 31.10.2013
