Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

Разработка новой методики расчета толщины слоя углеродсодержащих осадков в топливных каналах тепловых двигателей и энергоустановок

Опубликовано: 14.10.2021

Авторы: Алтунин К.В.

Опубликовано в выпуске: #10(118)/2021

DOI: 10.18698/2308-6033-2021-10-2119

Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Статья посвящена теоретическому исследованию, связанному с разработкой новой методики расчета толщины слоя углеродсодержащих осадков. Рассмотрены проблема осадкообразования в тепловых двигателях и энергоустановках, а также основные факторы, от которых оно зависит, включая материал стенки, температуру, время и число циклов эксплуатации и др. Приведены некоторые теплофизические свойства осадков в топливных системах разных тепловых двигателей. В процессе обзора и анализа научно-технической литературы не найдено методик расчета толщины углеродсодержащих осадков на нагретых металлических стенках, учитывающих электрические свойства стенки и осадка. Разработаны новые формулы расчета толщины, скорости осадкообразования, учитывающие тепловую и электрическую природу этого процесса. На базе данных формул создана новая методика расчета толщины слоя углеродсодержащего осадка на металлической стенке любого топливного канала теплового двигателя или энергоустановки на жидком углеводородном горючем или охладителе. Выполнена успешная апробация новой методики путем проведения экспериментальных исследований кипения авиационного керосина в объеме, в ходе которой проявился ряд особенностей, связанных с применением новых формул. Универсальность предложенной методики заключается в том, что она подходит для подсчета осадкообразования практически во всех тепловых двигателях и энергоустановках при различных условиях эксплуатации топливной системы и составах металлических стенок, а также при разных значениях скоростей прокачки, давления, температурных режимов внутри топливно-подающих и охлаждающих каналов.


Литература
[1] Чертков Я.Б. Современные и перспективные углеводородные реактивные и дизельные топлива. Москва, Химия, 1968, 356 с.
[2] Van Nostrand W.Z., Leach S.H., Haluske J. Economic Penalty Associated with the Fouling of Refinery Heat Transfer Equipment. Washington, 1981, pp. 619–643.
[3] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Дресвянников Ф.Н. и др. Проблемы внутрикамерных тепловых процессов в авиационных, аэрокосмических и космических энергоустановках многоразового использования. Сб. тез. докл. Междунар. научного семинара «Проблемы моделирования и динамики сложных междисциплинарных систем». Казань, Изд-во Каз. гос. техн. ун-та им. А.Н. Туполева, 2010, с. 12.
[4] Алтунин В.А. Исследование особенностей теплоотдачи к углеводородным горючим и охладителям в энергетических установках многоразового использования. Книга первая. Казань, Изд-во «Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина», 2005, 272 с.
[5] Большаков Г.Ф. Физико-химические основы образования осадков в реактивных топливах. Ленинград, Химия, 1972, 232 с.
[6] Kalghatgi G.T. Combustion chamber deposits in spark-ignition engines: a literature review. SAE, 1995, Paper No. 952443.
[7] Karamangil M.I., Avci A., Bilal H. Investigation of the effect of different carbon film thickness on the exhaust valve. Heat Mass Transfer, 2008, vol. 44, pp. 587–598.
[8] Kelemen S.R., Siksin M., Avery N.L., Rose K.D., Solum M., Pugmire R.J. Gasoline type and engine effects on equilibrium combustion chamber deposits (CCD). SAE, 2001, Paper No. 2001-01-3583.
[9] Алтунин К.В. Разработка горелок повышенной эффективности для тепловых электростанций: монография. Казань, Изд-во КНИТУ–КАИ, 2016, 136 с.
[10] Яновский Л.С., Иванов В.Ф., Галимов Ф.М., Сапгир Г.Б. Коксоотложения в авиационных и ракетных двигателях. Казань, Абак, 1999, 284 с.
[11] Шлякотин В.Е., Шихман Ю.М. Эмпирические модели ресурсной наработки и динамики жидкофазных коксоотложений при нагреве авиационного керосина. Авиационные двигатели, 2019, № 3 (4), с. 57–62.
[12] Алтунин В.А., Монда В.А., Аблясова А.Г., Алтунин К.В. и др. Влияние углеводородных горючих на коррозию деталей энергоустановок и техносистем многоразового использования в наземных и космических условиях. Матер. докл. 22-й Всерос. межвуз. научно-техн. конф. «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Казань, Изд-во «Отечество», 2010, ч. 2, с. 87–88.
[13] Алтунин К.В., Гортышов Ю.Ф., Галимов Ф.М. и др. Проблемы осадкообразования в энергоустановках на жидких углеводородных горючих и охладителях. Энергетика Татарстана, 2010, № 2, с. 10–17.
[14] Алтунин К.В. Определение скорости осадкообразования в энергоустановках многоразового использования на углеводородных горючих. Матер. докл. 6 Всеросс. науч.-техн. студенч. конф. «Интенсификация тепло- и массообменных процессов в химической технологии», посвящённая 90-летию со дня рождения А.Г. Усманова. Казань, Инновационно-издательский дом «Бутлеровское наследие», 2010, с. 41–45.
[15] Алтунин К.В. Способ прогнозирования осадкообразования в энергоустановках многоразового использования на жидких углеводородных горючих и охладителях. Патент РФ на изобретение № 2467195, кл. F02K 9/00, B64F 5/00, G01N 25/72, G01K 7/02. Бюл. № 32 от 20.11.2012.
[16] Алтунин К.В. Модель идеального осадкообразования в энергоустановках многоразового использования на жидких углеводородных горючих и охладителях. Матер. докл. 18-й Междунар. молодеж. науч. конф. «Туполевские чтения». Казань, Изд-во Каз. гос. техн. ун-та им. А.Н. Туполева, 2010, т. 2, с. 66–68.
[17] Удельное электрическое сопротивление от температуры для различных марок сталей и сплавов. URL: https://extxe.com/21002/udelnoe-jelektricheskoe-soprotivlenie-ot-temperatury-dlja-razlichnyh-marok-stalej-i-splavov/ (дата обращения 11.07.2021).
[18] Саранчук В.И., Ошовский В.В., Лавренко А.Т., Кошкарев Я.М. Метод определения величины электрического сопротивления угля в зависимости от температуры. Науковi працi донецького нацiонального технiчного унiверситету. Серiя: «Хiмiя i хiмiчна технологiя», 2008, № 134 (10), с. 138–143.
[19] Агроскин А.А., Петренко И.Г. Электросопротивление сланцев и углей при нагревании. Изв. АН СССР. ОТН, 1950, № 1, с. 89−100.