Экспериментальное исследование тепловых процессов в газообразном метане при его естественной конвекции
Опубликовано: 18.05.2021
Авторы: Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Чигарев М.Р., Алиев И.Н., Яновская М.Л.
Опубликовано в выпуске: #5(113)/2021
DOI: 10.18698/2308-6033-2021-5-2080
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Раскрыты причины перевода двигателей и энергоустановок одно- и многоразового использования наземного, воздушного, аэрокосмического и космического базирования с жидких углеводородных горючих и охладителей на газовые горючие: на сжиженный природный газ — метан. Приведены примеры создания новой техники и перевода существующих агрегатов на метановое топливо и горючее. Перечислены классы метановых двигателей и энергоустановок, среди которых основными являются: поршневые двигатели и энергоустановки внутреннего сгорания, воздушно-реактивные двигатели и энергоустановки, жидкостные ракетные двигатели и энергоустановки. Обоснована необходимость экспериментального исследования газообразного метана для его эффективного применения в перспективных двигателях и энергоустановках наземного, воздушного, аэрокосмического и космического базирования одно- и многоразового использования, а также для учета его особенностей при проектировании и создании новой техники. Представлены результаты экспериментального исследования тепловых процессов в газообразном метане при его естественной конвекции. Подробно раскрыты экспериментальная база и порядок проведения экспериментов. На основе результатов исследования разработаны методики расчета коэффициента теплоотдачи к газообразному метану.
Литература
[1] Гапоненко О.В. Основные направления развития прорывных технологий в космической деятельности России и проблемы их разработки и внедрения. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, вып. 6. DOI: 10.18698/2308-6033-2019-6-1893
[2] NASA Strategic Technology Investment Plan. NASA, Office of the Chief Technologist, 2017. URL: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/2017-8-1_stip_final-508ed.pdf (дата обращения 24.05.2018).
[3] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Яновская М.Л. Создание экспериментальной базы для расчета двигателей и энергоустановок наземного, воздушного, аэрокосмического и космического базирования на газообразном метане. Тр. 53-х Науч. чтений, посвященных памяти К.Э. Циолковского. Калуга, 18–19 сентября 2018, РАН, РАКЦ. Казань, Изд-во Казанского университета, 2019, с. 146–159.
[4] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Алиев И.Н., Абдуллин М.Р., Давлатов Н.Б., Платонов Е.Н., Яновская М.Л. Некоторые пути повышения эффективности жидких и газообразных углеводородных и азотосодержащих горючих для двигателей летательных аппаратов. Тепловые процессы в технике, 2019, т. 11, № 10, с. 453–479.
[5] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Яновская М.Л. Анализ результатов экспериментальных исследований газообразного метана в условиях его естественной конвекции. Матер. 54-х Науч. чтений памяти К.Э. Циолковского. Калуга, 17–19 сентября 2019, ГМИК, РАН, РАКЦ. Калуга, Политоп, 2019, ч. 1, с. 340–342.
[6] Алтунин В.А., Абдуллин М.Р., Давлатов Н.Б., Шигапов Р.Р., Яновс-кая М.Л. Исследование возможности интенсификации теплоотдачи к жидким и газообразным углеводородным и азотосодержащим горючим и охладителям. Сб. тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Авиационные двигатели и силовые установки». Москва, 28–30 мая 2019, ЦИАМ им. П.И. Баранова. Москва, Изд-во ЦИАМ им. П.И. Баранова, 2019, с. 316–317.
[7] Чернощеков Л.Н. Природный газ метан — топливо будущего. АГЗК+АТ, 2010, № 2 (50), с. 58–61.
[8] Телегина Е., Чоловский А. Автомобиль на метане — совсем не утопия. Мировая энергетика, 2006, № 4 (28), с. 75–77.
[9] Глушич Д.В., Горбачев А.С., Баймухаметов С.К., Пономарев А.А., Симинько И.А., Капралов Д.А. Шахтный метан — топливо для газопоршневой электростанции. Турбины и дизели, 2012, № 1, с. 44–47.
[10] Собянин В.А. Высокотемпературные твердооксидные топливные элементы и конверсия метана. Российский химический журнал, 2003, т. 47, № 6, с. 62–70.
[11] Ришес К. Болотный газ прорывается в космос. Наука и техника, 2018, № 1 (140), с. 10–12.
[12] Бакулин В.Н., Брещенко Е.М., Дубовкин Н.Ф., Фаворский О.Н. Газовые топлива и их компоненты. Свойства, получение, применение, экология. Москва, Издательский дом МЭИ, 2009, 614 с.
[13] Белов Е.А., Богушев В.Ю., Клепиков И.А., Смирнов А.М. Результаты экспериментальных работ в НПО «Энергомаш» по освоению метана как компонента топлива для ЖРД. В сб.: Труды НПО «Энергомаш» им. академика В.П. Глушко. Королев, 2000, т. XVIII, с. 86–100.
[14] Горохов В.Д., Кунавин С.П. Работы КБХА по созданию перспективных ЖРД на компонентах топлива кислород-метан. Научно-технический сборник КБ Химавтоматики. Воронеж, Изд-во ИПФ, 2001, с. 96–101.
[15] Ягодников Д.А., Антонов Ю.В., Ворожеева О.А., Масальский Н.Л., Новиков А.О., Чертков К.О. Экспериментальное исследование рабочего процесса в газогенераторе кислород-метанового ракетного двигателя. Инженерный вестник, 2014, № 10, с. 19–39.
[16] Коватева Ю.С., Воробьев А.Г., Боровик И.Н., Хохлов А.Н., Казеннов И.С. Жидкостной ракетный двигатель малой тяги на топливе газообразный кислород и газообразный метан — разработка, проектирование, испытания и анализ полученных результатов. Вестник МАИ, 2011, т. 18, № 3, с. 45–54.
[17] Новиков А.В., Ягодников Д.А., Буркальцев В.А., Лапицкий В.И. Математическая модель и расчет характеристик рабочего процесса в камере сгорания ЖРД малой тяги на компонентах топлива метан — кислород. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2004, спец. вып., с. 8–17.
[18] Кочанов А.В., Клименко А.Г. Исследования проблем создания ракетных двигателей малой тяги на экологически чистых газообразных топливах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2006, № 3, с. 15–30.
[19] Ворожеева О.А., Ягодников Д.А. Математическая модель и расчетные исследования теплового состояния стенки камеры сгорания РДМТ на газообразном топливе кислород-метан в импульсном режиме работы. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2013, № 7, с. 11–20.
[20] Снигерев Б.А., Тукмаков А.Л., Тонконог В.Г. Исследование вскипающего течения жидкого метана в сопле Лаваля. Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы — 2015: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «ИМТОМ-2015», Казань, 2–4 декабря 2015. Ч. 1. Казань, Фолиант, 2015, с. 180–183.
[21] Шарипов Ш.Г., Усманов Р.Р., Романенков П.Г. Детектор метана для беспилотного авиационного комплекса. Газовая промышленность, 2018, спец. вып. 3 (773), с. 134–136.
[22] Загорученко В.А., Журавлев А.М. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. Москва, Изд-во Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете министров СССР, 1969, 237 с.
[23] Сычев В.В., Вассерман А.А. Термодинамические свойства метана. Москва, Наука, 1979, с. 8–36.
[24] Петухов Б.С. Вопросы теплообмена. Москва, Наука, 1987, 280 с.
[25] Афшар Р., Когли А., Саксен С. Теплопроводность метана при атмосферном давлении в интервале температур (360…1275) K. Теплопередача, 1980, т. 102, № 1, с. 186–191.
[26] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Алтунин В.А., Гортышов Ю.Ф., Дресвянников Ф.Н., Тарасевич С.Э., Гуреев В.М., Попов И.А., Губин С.Д. Способ предотвращения образования и роста углеродистых отложений на стенках теплообменных каналов. Пат. на изобретение № 2482413 Российская Федерация, 2013, бюл. № 14, 6 с.
[27] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Платонов Е.Н., Обухова Л.А., Яновская М.Л. Особенности тепловых процессов в жидких углеводородных горючих и охладителях в существующих и перспективных двигателях и энергоустановках наземного, воздушного, аэрокосмического и космического применения. Сб. тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века», посвященной 85-летию ЦИАМ им. П.И. Баранова. Москва, 24–27 ноября 2015, ЦИАМ. Москва, Изд-во ЦИАМ, 2015, с. 969–971.