Способ управления параметрами пограничного слоя на секционированной электродной стенке МГД-генератора Советский патент 1993 года по МПК H02K44/08 

где On - максимальное значение коэффициента, при котором еще возможно образование углеродистых отложений в каналах электродной стенки в процессе пиролиза; OB - минимальное значение коэффициента, когда возможен процесс самопроизвольно- то воспламенения смеси в каналах электродной стекки.

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 Оп 0.3, ДвНЗ.б, а плотность и скорость вводимой в канал смеси удовлетворяет соотношению

O.QK #vЈ 0.1.

v /°CH

где v - плотность и скорость вдуваемой (вд.) смеси и основного потока.(осн.) рабочего тела ИГД-генератора.

На фигуре представлена схема реализации предлагаемого способа. Газ-окислитель и углеродное топливо подают в камеру смешения 1, расположенную вне канала МГД генератора. Приготовленная смесь с а, лежащим в диапазоне он о. %, по трубопроводу 2 поступает 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 электропроводности в погранслое.

Пример конкретного выполнения способа..

Результативность предложенного способа проверялась экспериментально на электродной стенке, включающей самостоятельную изоляционную проницаемую вставку и электродный узел из 3 комбинированных электродов размерами 30x15 мм .

Вставка выполнена из окиси алюминия с каналами сечения 3.5 мм2 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

Юг/с.

Ход процесса неполного горения топлива в изоляционной вставке контролируется по составу плазмы, отбираемой за электродной стенкой водоохлаждаемым пробоотборником.

Одновременно снимаются поперечные вольт-амперные характеристики плазменного промежутка, измеряется электрическая прочность изоляции и тепловые потоки

На электрод. Предельное значение OB определялось по визуальному обнаружению проскока пламени из вставки в подающий трубопровод, для чего камера смешения .выполнена с прозрачной стенкой. Для использованной газовоздушной смеси установлено, что .6. Предельное значение «л определяется по моменту появления на стенках каналов проницаемой вставки налета углеродистых отложений при температуре огневой поверхности стенки 1350-1400°С и составляет (.3.

Химический анализ продуктов сгорания показал, что при температурах поверхности вставки до 800°С в продуктах сгорания за вставкой присутствует СН4, СО, На. Наличие метана указывает на незавершенность процесса неполного горения в стенке. Повыше- нйе температуры стенки до 1700°С ведет к исчезновению метана в пробах, одновременно изменяется распределение температуры по поверхности вставки - максимум температуры перемещается вниз по ходу движения потока, что свидетельствует об

окончании процесса неполного горения в погранслое над стенкой.

Снятые для этрго 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 возрастание проводимости плазменного промежутка наблюдалось при

(pv

вд.

()o

сн.

Для этого же значения вдува было замечено возрастание теплового потока на электрод на 3-5% и продольной прочности на 25-35%.

Формула изо-бретения 1. Способ управления параметрами пограничного слоя, на секционированной электродной стенке МГД-генератора. путем вдува через проницаемую электродную стенку углеводородного газового топлива и окислителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности системы вдува и эффективности работы МГД-генератора, топливо и окислитель смешивают с коэффициентом избытка окислителя а, определяемого соотношением:

Оп «.0в.

0

электродной стенки, затем смесь подают в проницаемые изоляционные вставки, при этом обеспечивают условия для протекания процесса неполного горения топлива в результате 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 горения топлива в пограничном слое на электродной стенке.

2. Способ nd п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеводородного топлива и окислителя используют соответственно природный газ и воздух, для смеси которых On 0,3 и Of 0,6, а плотность и скорость смеси, вводимой в канал, удовлетворяют соотношению ...

Использование изобретения: в МГД-ус- корителях. 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)

где On-- максимальное значение коэффици- 20 ента, соответствующее режиму образования углеродистых отложений в каналах электродной стенки в процессе пиролиза,

минимальное значение коэффициента, соответствующее режиму самопроизвольного воспламенения смеси в каналах

25

0.01

р, v (вд) сме МГД-ген

ОсноВной поток газа

Ј,

0.01

(ру)вд

(/OV)OCM

0,1

р, v - плотность и скорость вдуваемой (вд) смеси и основного потока (оси) газа МГД-генератора.,