РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ
ЭНДОТЕРМИЧЕСКИМИ ХИМИЧЕСКИМИ РЕАКЦИЯМИ
(НА ПРИМЕРЕ ПИРОЛИЗА МЕТАНА)

Координатор: член-корр. РАН Фомин В. М.

Исполнители: ИТПМ, ИК СО РАН

Сформулирован принцип газодинамического управления химическими эндотерми-ческими реакциями с метастабильным целевым продуктом. Предложен вариант термического пиролиза метана, базирующийся на этом принципе.

На основе прямой и обратной задач теории сопла построены математические модели и разработаны программные средства, позволяющие: по известной модели энерговклада рассчитывать оптимальную геометрию аппарата, в котором реализуется разгон исходного продукта и последующий химический процесс известной кинетической схемы; проводить расчеты химических реакторов такого рода; выполнить расчет параметров аппарата на примере пиролиза метана, с использованием разных моделей энерговклада и разных критериев оптимальности (максимальный выход продукта, минимальные удельные энергозатраты и т. д.); оптимизировать режим ускорения потока и последующей химической реакции в аппаратах заданной геометрии при известной модели энерговклада.

Численно исследован вопрос о существовании непрерывного стационарного режима ускорения потока с энерговкладом. Выяснено, что такой режим существует не всегда. На заданном классе моделей энерговклада в пространстве параметров задачи определена граница области, в которой непрерывный стационарный режим разгона потока существует. Проведенные исследования позволяют организовать экспериментальное изучение модели энерговклада (например, порядка реакции, идущей в потоке).

На базе имеющейся установки для исследования тлеющего разряда в газовых потоках была разработана, создана и испытана установка для проведения экспериментального исследования несамостоятельного горения в сверхзвуковом потоке.

Предложен альтернативный способ энерговвода — организация ускорения потока в МГД-ускорителе. Была выбрана дисковая схема, поскольку дисковый МГД-канал имеет определенные преимущества перед линейным МГД-каналом (рис. 1).

Рис. 1. Схема линейного ускорителя.
1 - высоковольтный источник питания (50 Гц, 10 кВ); 2 - пилон; 3 - баллон с кислородом; 4 - вентиль; 5, 8 - кислородная магистраль; 6 - кислородные форсунки; 7 - камера смешения метана с кислородом; 9 - форкамера; 10 - анод; 11 - катод; 12 - диффузор; L1, L2 - дроссели; штрих - разрядный промежуток.

Fig. 1. Linear accelerator scheme.
1 - high-voltage supply (50 Hz, 10 kV); 2 - pylon; 3 - oxygen balloon; 4 - valve; 5, 8 - oxygen delivery pipe; 6 - oxygen injector; 7 - oxygen with methane mixing chamber; 9 - settling chamber; 10 - anode; 11 - cathode; 12 - diffuser; L1, L2 - throttles; dashed lines - discharge gap.

Получены экспериментальные данные, позволившие сделать заключение о перспективности предложенной схемы ускорителя. На основании полученных данных спроектирован экспериментальный стенд с импульсным ускорителем, имеющим электрическую мощность, сравнимую с мощностью промышленного пиролитического реактора. Начат монтаж этого стенда (рис. 2).

Рис. 2. Общий вид установки для исследования пиролиза в сверхзвуковом газодинамическом реакторе с МГД-ускорителем.
1 - дисковый реактор, 2 - обмотка магнита верхняя, 3 -обмотка магнита нижняя, 4 - баллон с рабочим газом, 5 -основание, 6 - подвод охлаждающей воды и питания магнита, 7 - отвод охлаждающей воды и питания магнита, 8 - вакуумная емкость.

Fig. 2. General view of a facility to study pyrolysis in a supersonic gas-dynamic reactor with MHD accelerator.
1 - disk reactor, 2 - upper winding of magnet, 3 - lower winding of magnet, 4 - working gas balloon, 5 - basis, 6 - cooling water supply and magnet feeding, 7 - cooling water supply and magnet export, 8 - vacuum capacity.

Подготовлена аппаратура для проведения химического анализа газов на химическом газодинамическом реакторе. Проведены эксперименты по развитию диагностики высокоскоростных газовых потоков с использованием наначастиц, люминесцирующих под действием излучения эксимерного лазера.

Список основных публикаций

  1. Fomin V. M., Alziary T. de Roquefort, Lebedev A. V., Ivanchenko A. I. Supersonic flows with longitudinal glow discharge// Proceedings of the 3rd Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Applications/ Ed. V. A. Bityurin. Moscow. IVTAN. 2001. P. 66—72.

  2. Bobrovnikova E. Yu., Pravdin S. S., Fomichev V. P.Hypersonic streamline control with the help of endothermic chemical reactions activated by the flow// 11th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR’2002): Proc. Part I. Novosibirsk, 2002. P. 72—77.

  Оглавление Далее