Закономерности смесеобразования в эшелонированных решетках плоских стабилизаторов пламени

DzinyakB.O., Fedotova O.B. The Production of Maleinized Hydrocarbon Resins and Their Application in Epoxy Resin Containing Composites

The paper is dedicated to the production of cooligomers (hydrocarbon resins) from unsaturated hydrocarbons of C9 fraction of diesel fuel pyrolysis (ethylene production) liquid products, their modification with maleic anhydride, as well as the application of the maleinized hydrocarbon resins in epoxy resin containing composites for protective corrosion-resistant coatings for various surfaces. Principal regularities of peroxide-initiated cooligomerization of unsaturated hydrocarbons of C9 fraction of diesel fuel pyrolysis liquid products, as well as regularities of the obtained hydrocarbon resin modification with maleic anhydride, have been ascertained. The nature of the effect of the main factors (temperature, reaction duration, concentration of an initiator and the modifying agent) on the yield and the physicochemical properties of the obtained cooligomers has been found out. Epoxy-diane resin ED-20 and the ma-leinized hydrocarbon resin are defined to interact with each other resulting in cross-linked structures formation. The maximum yield of gel fraction is achieved when the maleinized hydrocarbon resin content in the epoxy-hydrocarbon composite ranges from 65 to 80 % by wt. Thermal stability of the epoxy-hydrocarbon composite is shown to correlate well with the cross-linked structures content in it. The optimum technological parameters of the C9 fraction unsaturated hydrocarbons cooligomerization, the hydrocarbon resin modification with maleic anhydride and the epoxy-hydrocarbon composites production have been chosen.

Key words: liquid pyrolysis products, C9 fraction, hydrocarbons, peroxide, cooligomeri-zation, modification, hydrocarbon resin, epoxy resin, maleic anhydride, epoxy-hydrocarbon composite.

УДК 536.24:533 Проф. Н.М. Фиалко1, чл.-кор. НАН Украины,

д-р техн. наук; вед. науч. сотр. В.Г. Прокопов1, д-р техн. наук, ст. науч. сотр.; вед. науч. сотр. Ю.В. Шеренковский1, канд. техн. наук; ст. науч. сотр.

С.А. Алешко1, канд. техн. наук; науч. сотр. Н.П. Полозенко1; доц. Л.С. Бутовский2, канд. техн. наук; ст. науч. сотр. М.З. Абдулин1, канд. техн. наук; астр. А.В. Клищ1; мл. науч. сотр. В.С. Новицкий1;

мл. науч. сотр. А.А. Евтушенко1

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ЭШЕЛОНИРОВАННЫХ РЕШЕТКАХ ПЛОСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПЛАМЕНИ

Приведены результаты математического моделирования процессов смесеобразования топлива и окислителя в микрофакельных горелочных устройствах с эшелонированным расположением стабилизаторов пламени. Для лестнично-эшелонированной решетки, состоящей из трех стабилизаторов, рассмотрены особенности полей концентраций метана в исследуемом горелочном устройстве, проанализирована их обусловленность структурой течения горючей смеси и освещена специфика данной структуры. Особое внимание уделено сравнительному анализу картины смесеобразования в зонах, которые отвечают стабилизаторам, различным образом смещенным вниз по потоку.

Ключевые слова: смесеобразование; эшелонированная решетка стабилизаторов пламени; микрофакельное горелочное устройство; математическое моделирование; поля концентраций; структуры течения; зоны обратных токов.

Введение. Рациональная организация смесеобразования в микрофакельных горелочных устройствах является, как известно, необходимым условием

1 Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев;

2 Национальный технический университет Украины "КПИ", г. Киев

Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни

эффективного сжигания топлива. Такие горелочные устройства базируются на многоструйном принципе смесеобразования, реализация которого позволяет обеспечивать требуемую степень смешения топлива и окислителя.

В этой работе исследовано математическое моделирование основных особенностей процессов смесеобразования в микрофакельных горелках с эшелонированными решетками стабилизаторов пламени. Актуальность изучения процессов переноса в указанных условиях обусловлена тем обстоятельством, что эшелонирование стабилизаторов пламени относится к важным факторам воздействия на организацию процесса горения [1-6].

Основные результаты исследования. Закономерности смесеобразования, как известно, в большой мере определяются структурой течения топлива и окислителя. Согласно результатам проведенных исследований данная структура в рассматриваемой ситуации характеризуется следующими основными особенностями:

• повышением скорости в межстабилизаторных и пристеночных каналах ввиду стеснения потока в стабилизаторной решетке;

• развитием струй газа в сносящем потоке окислителя;

• наличием зон обратных токов в закормовых областях стабилизаторов;

• выравниванием эпюр скорости при удалении от решетки вниз по потоку;

• перераспределением расходов воздуха в межстабилизаторных и пристеночных каналах эшелонированной решетки по сравнению с соответствующей неэшело-нированной решеткой.

Что касается последней из указанных особенностей, то при неэшелони-рованном расположении стабилизаторов расходы воздуха в межстабилизатор-ных каналах (каналы В и С на рис. 1) равны между собой.

¿к

О с ♦ ^ .•г Лд ж ас .V

- ^ «а-Н ¿см В , и** ^

-4-- С —4-----'

-> А

Ь„ /ст ас

Рис. 1. К постановке задачи для эшелонированной решетки стабилизаторов:

1, 2, 3 - первый, второй и третий стабилизаторы пламени; А, Э - пристеночные каналы; В, С - межстабилизаторные каналы

Одинаковыми являются также и расходы воздуха в пристеночных каналах (каналы А и D на рис. 1). В случае же эшелонированной решетки стабилизаторов происходит определенное перераспределение указанных расходов по сравнению с ситуацией, отвечающей расположению торцов стабилизаторов в

одной плоскости. При этом расход воздуха в пристеночном канале А оказывается заметно выше расхода в пристеночном канале Б, а расход в межстабилиза-торном канале В между первым и вторым стабилизатором несколько превышает расход в канале С между вторым и третьим стабилизатором.

Табл. Расход воздуха в каналах решетки стабилизаторов пламени, м3/час

Обозначение канала

А В С Б

7,57 15,86 14,29 6,38

Перейдем далее к анализу результатов компьютерного моделирования собственно процессов смесеобразования в рассматриваемой физической ситуации. Согласно полученным данным в зонах циркуляционного течения в ближнем следе всех стабилизаторов имеет место высокая степень смешения газовой струи с воздухом, так что вся горючая смесь находится в концентрационных пределах воспламенения. Данное обстоятельство является, как известно, весьма важным для обеспечения необходимых условий стабилизации пламени.

I II

10

Ь

Рис. 2. Поля объемной концентрации метана в продольном сечении эшелонированной решетки стабилизаторов пламени, проходящем через ось газоподающих отверстий

Нащональний лкотехшчний ун1верситет УкраТни

За указанными зонами вниз по потоку концентрации метана оказываются наименьшими для первого стабилизатора, несколько большими - для второго и наименьшими - для третьего. Отмеченная закономерность соответствует описанному выше распределению расходов воздуха в каналах эшелонированной решетки стабилизаторов. Зоны с избытком газа, как видно из рис. 2, охватывают газовые струи, омываемые сносящим потоком воздуха. Причем размеры данных зон сравнительно невелики и уменьшаются в направлении от оси струи к межструйному пространству.

Что же касается зон с повышенным содержанием воздуха, то они располагаются вблизи осей межстабилизаторных каналов, а также возле стенок горе-лочного устройства. Указанные зоны при удалении вниз по потоку сужаются и на некотором расстоянии от стабилизаторной решетки исчезают. При этом протяженность зон, прилежащих к стенкам горелочного устройства, оказывается несколько выше (см. рис. 2).

Как свидетельствуют результаты выполненных исследований, длины зон с повышенным содержанием воздуха вблизи осей межстабилизаторных каналов соотносятся между собой следующим образом. Данная длина, отвечающая межстабилизаторному каналу В, превышает таковую для канала С примерно на 0,1 м или на 20 % (здесь указанная длина отсчитывается от торца нижнего стабилизатора соответствующего межстабилизаторного канала). Как очевидно, это связано с заметно большим расходом воздуха в канале В по сравнению с его величиной для канала С (см. табл.).

Относительно пристеночных зон с повышенным содержанием воздуха, то для канала Б данная зона существенно короче, чем для канала А, что обусловлено меньшим расходом воздуха в канале Б. Выводы:

1. На основе математического моделирования получены данные об основных особенностях процессов смесеобразования топлива и окислителя в микрофакельных горелочных устройствах с эшелонированным расположением стабилизаторов пламени.

2. Выполнен анализ полей концентрации метана в рассматриваемом горелоч-ном устройстве и установлено их соответствие картине течения топлива, окислителя и горючей смеси.

3. Проведено сопоставление закономерностей смесеобразования в зонах, прилежащих к отдельным стабилизаторам, и показано, что данные закономерности в большой мере определяются особенностями перераспределения расходов воздуха в каналах эшелонированной решетки стабилизаторов пламени.

Литература

1. Фиалко Н.М. Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, В.Г. Прокопов, Л.С. Бутовский и др. // Промышленная теплотехника. - 2010. - № 6. - С. 28-36.

2. Фиалко Н.М. Особенности течения топлива и окислителя при эшелонированном расположении стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, В.Г. Прокопов, Л.С. Бутовский и др. // Промышленная теплотехника. - 2011. - № 2. - С. 59-64.

3. Баламаджи 1.1. Компьютерное моделирование течения топлива и окислителя в горелочных устройствах с эшелонированным расположением стабилизаторов пламени / 1.1. Баламаджи, Н.М.

Фiалко, Н.О. Меранова // Cy4acHi проблеми наукового забезпечення енергетики : тези доповщей 9-oï Мiжнaр. наук.-практ. конф. астрантш, мaгiстрaнтiв i студентв, Кшв, 18-22 квiтня 2011. - С. 127.

4. Жердочкин А.В. Особенности обтекания эшелонированной решетки плоских стабилизаторов пламени / А.В. Жердочкин, Н.М. Фиалко, Н.П. Полозенко // Сучасн проблеми наукового забезпечення енергетики : тези доповщей 9-oï Мiжнaр. наук.-практ. конф. aспiрaнтiв, мапстран-тв i студенпв, Кшв, 18-22 квггня, 2011. - С. 143.

5. Фиалко Н.М. Особенности смесеобразования при эшелонированном расположении стабилизаторов пламени в микрофакельных горелочных устройствах / Н.М. Фиалко, Ю.В. Шерен-ковский, В.Г. Прокопов и др. // Проблемы экологии и эксплуатации объектов енергетики : матер. ХХ1 межд. конф., 7-11 июня 2011 г., Ялта-Киев, 2011. - С. 167-170.

6. Раушенбах Б.В. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей / Б.В. Раушенбах, С. А. Белый, И.В. Беспалов и др. // М. : Изд-во Машиностроение, 1964. - 526 с.

Фiалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренковський Ю.В., Альошко С.О.,. Полозенко Н.П., Бутовський Л.С., Абдулт М.З., Клщ А.В., Новщький В.С., Евтушенко А. О. 3aKOHOMipHOCTi сумшоутворення в ешелонованих решггках плоских CTa6Lni3aTopiB полум'я

Наведено результати математичного моделювання процеав сумшоутворення па-лива та окисника в мшрофакельних пальникових пристроях з ешелонованим розташу-ванням стабшзаторгв полум'я. Для сходинко-ешелоновано'1 реш^ки, що складаеться з трьох стaбiлiзaтoрiв, розглянуто oсoбливoстi пoлiв концентраций метану в дослщжува-ному пальниковому пристро'1, прoaнaлiзoвaнo 1'х oбумoвленiсть структурою течп горю-чо'1 сумiшi i висв^лено специфiку цiеï структури. Особливу увагу придiленo поргвняль-ному aнaлiзу картини сумшоутворення в зонах, як вiдпoвiдaють стaбiлiзaтoрaм, рiз-ним чином змщеним вниз за потоком.

Ключовi слова: сумшоутворення; ешелонована решiткa стабшзаторгв полум'я; мжрофакельний пальниковий пристрой; математичне моделювання; поля кoнцентрaцiй; структури течи; зони зворотних тoкiв.

FialkoN.M., Prokopov V.G., Sherenkovsky Y.V., Alyoshko S.O., Polozen-ko N.P., Butovsky L.S., Abdulin M.Z., Klishch A.V., Novitsky V.S., Evtushen-ko A.A. Carburation Behavior in Echelon Grates of Flat Flame Stabilizers

The results of mathematical modeling of the mixing of fuel and oxidizer in microjet burner devices with echeloned location of flame stabilizers are presented. The features of methane concentration fields in the test burner device are considered for the stair echelon grate, which consist of three stabilizers, dependence of these fields from flow structure of the combustible mixture are analyzed and specific of this structure is discoursed. Particular attention is paid to the comparative analysis in the areas of pattern mixing, which are corresponding to variously shifted downstream stabilizers.

Key words: carburation; echelon grate of flame stabilizers; microjet burner device; mathematical modeling; concentration fields; flow structure; zone of reverse currents.

УДК 536.2 Вед. науч. сотр. В.Г. Прокопов, д-р техн. наук -

Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ МНОГОСЛОЙНОЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА

На основе математического моделирования исследованы процессы теплопроводности в многослойных пластинах при наличии импульсных источников теплоты. Выявлены закономерности явления локализации геометрических характеристик пластины в рассматриваемой физической ситуации. Показано, что учет данного явления позволяет существенно упростить нахождение решения собственно в зоне теплоподвода, а имен-