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

(71) Институт проблем энергосбережения АН УССР, Институт газа АН УССР(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.Ма 9 Ьап,ВаасЬапбгап, В.КаИррап, О.КГ 1 зЬпатоогтЬу. Ехрег 1 гпепта пчезт 19 атоп о 1 ВоОпс 1 агу 1 ауег СоптгоИес Еестгобез, 10 Фптегпат 1 опа Соп 1 егепсе о 1 МНО Е 1 естг 1 са Роаег Оепегатоп, Т 1 гцсЫгарраИ 1,псИа, бес, 4-8, 1989, И, р, Ч.-лы, 1 ил Изобретение относится к области МГД-генерирования электрической энергии и может быть использовано в высокотемпературныхх плазменных 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 ничного слоя на се одной стенке МГД- ва через проница у углеводородногоислителя осуществ мешение топлива и ентом избытка окис м соотношением в,кцио- генеемую газоляют окис- литепараметрами погра нированной электр ратора путем вду электродную стенк вого топлива и ок предварительное с лителя с коэффици ля а, определяемыЯ ОЯ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР)(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НА СЕКЦИОНИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОДНОЙ СТЕНКЕ МГД-ГЕНЕРАТОРА(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 0,3а 0,6, а значения плотностиф и скорости ч вдуваемой струи удовлетворяют соотношению 0,01д0,1. 1где ап - максимальное значение коэффициента, при котором еще возможно образование углеродистых отложений в каналах электродной стенки в процессе пиролиза; а - минимальное значение коэффициента, когда возможен процесс самопроизвольного 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,3, а -8,6, а плотность и скорость вводимой в канал смеси удовлетворяет соотношению001 01,оч 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 топливоподают в камеру смешения 1, расположенную вне канала МГД генератора. Приготовленная смесь с а, лежащим в диапазоне апаав, 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 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 30 х 15 мм .Вставка выполнена из окиси алюминияс 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 сго 5 рания - 400 м/с, температура - 2800 К, расход - 120 г/с, состав - метано-кислороднаяплазма, Вдуваемая смесь воздух и природный газ имеет переменный состав, а изменяется в диапазоне 0,04-0,7, расходы до10 10 /с.Ход процесса неполного горения топлива в изоляционной вставке контролируетсяпо составу плазмы, отбираемой за электрод- .ной стенкой водоохлаждаемым пробоотбор-,15 ником.Одновременно снимаются поперечныевольт-амперные характеристики плазмейного промежутка, измеряется электриче ская прочность изоляции и тепловые потоки20 на электрод. Предельное значение ав определялось по визуальному обнаружениюпроскока пламени иэ вставки в подающийтрубопровод, для чего камера смешения.выполнена с прозрачной стенкой. Для использованной газовоздушной смеси установлено. что а=0,6, Предельное значениеап определяется по моменту появления настенках каналов проницаемой вставки налета углеродистых отложений при температу 30 ре огневой поверхности стенки 1350-1400 Си составляет ап=0,3,Химический анализ продуктов сгоранияпоказал, что при температурах поверхности вставки до 800 С в продуктах сгорания за вставкой присутствует СН 4, 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 по поверхности вставки - максимум температуры перемещается вниз но ходу движения потока, что свидетельствует об 45 окончании процесса неполного горения впогранслое над стенкой.Снятые для этого случая поперечныевольт-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 плазменногопромежутка наблюдалось прид =0,07,1804686 ал аа гдоа.-максимальное значение коэффици001ч в01ента, соответствующее режиму образова- Рч снния углеродистых отложений в каналахэлектродной стенки в процессе пиролиза, р, ч - плотность и скорость вдуваемойа- минимальное значение коэффици- (вд) смеси и основного потока (оси) газаента, соответствующее режиму самопроиз МГД-генератора.вольного воспламенения смеси в каналахОсно 3 най латок газа Для этого же значения вдува было замечено возрастание теплового потока на электрод на 3-5 и продольной прочности на 25-35.Ф ор мул а и зоб ретен ия 1, Способ управления параметрами пограничного слоя на секционированной электродной стенке МГД-генератора, путем вдува через проницаемую электродную стенку углеводородного газового топлива и окислителя,отл и ч а ю щий с я тем,что, с целью повышения надежности системы вдува и эффективности работы МГД-генератора, топливо иокислитель смешивают с коэффициентом избытка окислителя а, определяемого соотношением: электродной стенки, затем смесь подают в проницаемые изоляционные вставки, при этом обеспечивают условия для протекания процесса неполного горения топлива в ре зультате нагрева смеси тепловым потокомот 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 наэлектродной стенке.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что в качестве углеводородного топлива и окислителя используют соответственно 15 природный газ и воздух, для смеси которыхсЬ = 0,3 и а 0,6, а плотность и скорость смеси, вводимой в канал, удовлетворяют со-, Отношению