Исследование влияния термоакустических колебаний, генерируемых в трубе Рийке, на слоевое горение твердых горючих веществ

Исследование неустойчивого режима работы камер сгорания различных теплоэнергетических установок — одна из актуальных задач. Неустойчивое горение топлива в камере сгорания является нежелательным явлением, которое может привести к сильной вибраций двигателя, механическим поломкам агрегатов двигателя и летате. пьного аппА) ата, разрушению камеры сгорания и т. д. Несмотря на то, что проблема устойчивости рабочего процесса в камере сгорания постоянно находится в центре внимания исследователей, в настоящее время проблема в целом еще не решена.

С другой стороны, вибрационное горение более интенсивный процесс. Результаты большого числа исследований показывают, что вибрационное горение влияет на теплонапряженность камеры сгорания, полноту сгорания, конвективный теплообмен. В режиме вибрационного горения вышеуказанные параметры довольно существенно улучшаются. Очевидна перспектива практического использования особенностей вибрационного горения в тепловых установках для сжигания твердых углеводородных топлив, в том числе альтернативных топлив (промышленных отходов). В то же время следует отметить, вышеотмеченные преимущества наблюдаются не во всех случаях проявления неустойчивого горения. Необходимо искать различные методы управления виброгорением. Управление режимами неустойчивого горения — задача сложная и нерешенная.

В современных энергетических установках интенсификация процесса горения осуществляются следующими методами: применением специальных тяго-дутьевых устройств, выбором оптимальной конструктивной схемы, воздействием на зоны горения колебаниями разных частот и др. Однако, эти методы усложняют конструкцию топок, не всегда достигается желаемый эффект. Поэтому важнейшее направление в решении этой проблемы — это разработка и создание таких теплоэнергетических установок, в которых простота и надежность конструкции сочетались бы с высокой теплонапряженностью камеры сгорания, полнотой сгорания топлива, низкой концентрацией канцерогенных веществ в газовом отходе.

Наиболее перспективными яв. пяются теп. поэнергетические установки (топочные устройства), в которых реализовывается вибрационное горение.

Вибрационное (пульсирующее) горение принципиально новый вид горения, позволяющий сжигать твердые горючие вещества (уголь, дрова, производственные отходы) малозатратными средствами без привлеченья дутья и с экологически чистым выбросом газовых отходов. Известно, что ряд опытов /12,13,64/, поставленных на промышленных топках, показал большую перспективность создания топок вибрационного горения.

В акустической лаборатории им А. С. Фигурова Казанского ФВАУ накоплен большой опыт в области изучения, разработки и создания устройств пульсирующего горения, работающих на различных отходах. Сотрудниками лаборатории разработаны и созданы различные топочные устройства для сжигания жидких, газообразных и твердых отходов, которые внедрены в различные области народного хозяйства.

Однако, большой спектр промышленных отходов, подлежащих термическому обезвреживанию, накладывает ряд дополнительных особенностей на физику горения. Изучение горения нестандартных альтернативных топлив (отходов) в пульсирующем режиме в настоящее время является одной из актуальных задач.

В данной работе приведены результаты исследования влияния термоакустических колебаний, генерируемых в трубе Рийке, на горение кусковых отходов резино-технических изделий.

Исследования проводились с целью разработки рекомендаций, необходимых для проектирования топочных устройств шахтного типа.

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в том, что:

1. На основе обобщения литературных сведений найдена и оптимизирована схема установки, основанная на эффекте Рийке.

2. Экспериментально установлено влияние амплитуды основной моды колебания на механизм горения отходов резино-технических изделий.

3. Исследовано влияние сочетания различных мод клебаний на механизм горения отходов резино-технических изделий и объяснена физика процесса горения.

4. Установлены общие физические принципы, характерные установкам шахтного типа.

5. Разработаны рекомендации по проектированию опытно-промышленных установок для термического обезвреживания отходов резино-технических изделий.

Автор защищает:

1. Результаты исследований влияния параметров акустических пульсаций на механизм горения отходов резино-технических изделий.

2. Рекомендации по проектированию установок шахтного типа, работающих на эффекте Рийке.

3. Экспериментальный стенд.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Во введении рассмотрена актуальность представленной работы и дана ее краткая характеристика. Первая глава посвящена обзору литературы по существующим топочным устройствам, дана оценка состояния проблемы на данный момент и определены цели, задачи работы. Вторая глава посвящена разработке математической модели отыскания зон горения в выбранной схеме установки, соответствующих колебаниям газового столба с максимальной амплитудой. В третьей главе описан испытательный стенд, включающий экспериментальную установку, системы измерения и обработки сигналов. Четвертая глава включает в себя экспериментальные исследования и анализ влияния параметров термоакустических колебаний на механизм споевого горения кусковых твердых горючих веществ, а также рекомендации для проектирования топочных устройств щахтного типа по принципу эффекта Рийке. Также в четвертой главе приведено описание опытно — промышленной установки, спроектированной по рекомендациям, сформулированным в работе.