Усовершенствование процессов сгорания и систем топливоподачи энергетических установок, работающих на металлизированных борсодержащих топливах

Abstract

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.03 – Двигатели и энергетические установки. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт". – Харьков, 2017. Диссертация посвящена решению вопросов улучшения характеристик и параметров систем топливоподачи металлизированных топлив на основе выявления физико-технических закономерностей предпламенного окисления и горения таких топлив, а также разработке алгоритма структурно-параметрической оптимизации систем топливоподачи энергетических установок для обеспечения их высокой эффективности. Перспективным направлением создания новых образцов техники является разработка энергетических установок, которые используют высокоэффективные энергоемкие металлизированные топливные композиции. При их создании очень важным является знание соответствующих аспектов взаимодействия реагирующих топливных композиций и методологии структурно-параметрической оптимизации систем топливоподачи. Поэтому актуальными направлениями исследований являются: изучение физико-технических закономерностей горения таких композиций, разработка алгоритма оптимизации систем топливоподачи высокоэнергетичных металлизированных топливных композиций и создание новых методов для их исследования. В диссертационной работе выявлены порог воспламенения в гетерофазных разветвленно-цепных процессах и смена характеристик горения бора в зависимости от его аллотропных модификаций, определена их энергия активации; установлена зависимость уровня сложности структур топливоподачи в соответствии с уровнем технизации; разработан алгоритм структурно-параметрической оптимизации систем топливоподачи энергетических установок, работающих на металлизированном топливе. Предложен метод экспериментального бесконтактного количественного измерения продуктов сложных химических реакций с высокой чувствительностью за счет применения резонансно-флуоресцентной спектроскопии. Для экспериментального исследования макрокинетических характеристик топливных компонентов энергетических установок использован термогравиметрический метод. Усовершенствован химический состав топлив за счет ввода в него аллотропных модификаций бора и других компонентов металлизированных топливных композиций. Разработана многомерная классификация указанных систем и экспериментально оценена их эффективность. Синтезированы системы подачи металлизированых топлив с разными уровнями регулирования. Экспериментальная проверка синтезированных систем показала: рост функциональных возможностей в 2–3 раза, увеличение количества элементов структур до 18, повышение полноты сгорания на 11 %, рост скорости сгорания и удельной объемной теплоты сгорания, соответственно на 33% и 2,7%, а также снижение энергии активации на 71% и температуры загорания на 22%.Thesis for obtaining the degree of Candidate of Technical Sciences in Specialty 05.05.03 – Engines and Power Plants. – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute". – Kharkiv, 2017. The thesis presents the issues of development of features and parameters of metal-backer fuel supply systems for power plants on the basis of detection of physical and technical patterns of metal-backer fuel burning and elaboration of the structural and parametric algorithm of power plant efficiency. The study of kinetic features of metal-backer fuels of different composition has been conducted and the main patterns of metal-backer fuel burning have been found. Physical and chemical process of metal-backer boron fuel burning has been explored. The method of structural and parametric optimization of metal-backer fuel supply systems has been elaborated. The metal-backer fuel supply systems with different levels of fuel supply regulation have been synthesized. Operating parameters have been experimentally determined and efficiency of the synthesized fuel supply systems has been assessed.