Охлаждение энергоустановок с применением покрытий из минеральных сред

А. А. Генбач; Н. А. Генбач; Е. А. Андреева; А. Я. Шелгинский

Охлаждение энергоустановок с применением покрытий из минеральных сред

А. А. Генбач, Н. А. Генбач, Е. А. Андреева, А. Я. Шелгинский

Аннотация

Исследованы пористые покрытия, полученные напылением природных материалов и предназначенные для охлаждения высокофорсированных и интенсивных промышленных энергоустановок. В качестве материалов использованы минеральные среды из крепких горных пород (гранит, кварцит, тешенит). Определены и исследованы области применения пористой системы охлаждения и представлен алгоритм её проектирования. Охлаждение поверхности энергоустановки осуществляется испарением теплоносителя из пористой структуры. В качестве покрытий использовались наноразмерные и микромасштабные поверхности. Термоинструментом для напыления покрытий служила ракетная горелка, имеющая высокотемпературную сверхзвуковую пульсирующую детонационную струю. Получены характеристики и параметры термоинструмента, работающего на керосино-кислородной смеси, с коэффициентом расхода окислителя на поверхности покрытия, меньшим единицы. Дожигание керосина проводилось на покрытии. Плотность тепловых потоков на покрытии составляла (5 - 12) МВт/м²при оптимальной длине струи (4 - 12)·10^–2 м. Определено распределение плотности теплового потока в зависимости от радиуса пятна торможения. Регулирование теплообмена факела осуществлялось мощностью горелки, длиной и углом наклона струи к покрытию. Выявлена зависимость плотности тепловых потоков, вызывающих напряжения сжатия, растяжения и оплавления поверхности покрытия и подложки, от размера порошка и времени подачи теплоты. Сравнение пористых поверхностей с микро-наношкалой показало преимущества над другими системами, что позволяет при совместном действии управлять теплотехническими характеристиками промышленных энергоустановок.

Ключевые слова

природные материалы, покрытия, камера сгорания, термоинструмент

Полный текст:

PDF

Литература

Поляев, В. М. Применение пористой системы в энергетических установках / В. М. Поляев, А. А. Генбач // Промышленная энергетика. — 1992. — № 1. — С. 40 – 43.

Генбач, А. А. Моделирование теплообмена в капиллярно-пористых покрытиях в энергоустановках / А. А. Генбач, Д. Ю. Бондарцев, А. Я. Шелгинский // Промышленная энергетика. — 2020. — № 6. — С. 31 – 38.

Поляев, В. М. Предельное состояние поверхности при термическом воздействии / В. М. Поляев, А. Н. Генбач, А. А. Генбач // ТВТ. — 1991. — Т. 29, № 5. — С. 923 – 934.

Polyaev, V. Control of Heat Transfer in a Power Cooling System / V. Polyaev, A. Genbach // Second world conference on experimental heat transfer, fluid mechanics and thermodynamics. — 1991. — Dubrovnik, Yugoslavia, 23 – 28 June. — Pp. 639 – 644.

Genbach, A. A. Comparison of Cooling Systems in Power Plant Units / A. A. Genbach, D. Bondartsev, H. I. Beloev // Energies. — 2021. — Vol. 14, ssue 19, 6365. — Pр. 1 – 14.

Genbach, A. A. Boiling crisis in porous structures / A. A. Genbach, D. Bondartsev, H. I. Beloev, N. A. Genbach // Energy, 2022, 259, 125076. Pр. 1 – 12.

Wei Wang. Efficiency study of a gas turbine guide vane with a newly designed combined cooling structure / Wei Wang // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2015. — January Vol. 80. — Pр. 217 – 226. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2014.09.024.

Xing Yang. Turbine platform phantom cooling from airfoil film coolant, with purge flow / Xing Yang, et at. // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. — September. — Vol. 140. — Pр. 25 – 40. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019. 05.109.

Seong Won Moon. A novel coolant cooling method for enhancing the performance of the gas turbine combined cycle / Seong Won Moon, et at. // Energy. 2018. — 1 October. — Vol. 160 — Pр. 625 – 634. DOI: 10.1016/j.energy.2018.07.035.

Genbach, A. A. Thermal Science / А. A. Genbach, D. Yu. Bondartsev, I. K. Iliev. 2019. — Vol. 23, Issues 2, Pр. 849 — 860. DOI: 10.2298/ TSCI171016139G.

Riadh Boubaker. Dynamic model of capillary pumped loop with unsaturated porous wick for terrestrial application / Riadh Boubaker, Vincent Platel. Energy. 2016. — 15 September. — Vol. 111, 2016. — Pр. 402 – 413. DOI: 10.1016/ j.energy.2016.05.102.

Gang, Lei. The convective heat transfer of fractal porous media under stress condition / Gang Lei, Weirong Li, Qingzhi Wen // International Journal of Thermal Sciences. — 2019. — March. — Vol. 137. — Pр. 55 – 63. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2018.11.017.

Shoji Mori. Enhancement of the critical heat flux in saturated pool boiling using honeycomb porous media / Shoji Mori, Kunito Okuyama // International Journal of Multiphase Flow. — 2009. — October. — Vol. 35. — Pр. 946 – 951. DOI: 10.1016/j.ijmulliphascllow.2009.05.003.

Mieczyslaw E. Poniewski. Peculiarities of boiling heat transfer on capillary-porous coverings / Mieczyslaw E. Poniewski // International Journal of Thermal Sciences. Volume 43, Issue 5, May 2004. Pages 431 – 442. DOI: 10.1016/i.iithcrmalsci.2003.10.002.

Kimihide Odagiri. Investigation on liquid-vapor interface behavior in capillary evaporator for high heat flux loop heat pipe / Kimihide Odagiri, Hosei Nagano // International Journal of Thermal Sciences. –2019. — Vol. 140, June. — Pр. 530 – 538. DOI: 10.1016/i.iithcrmalsci.2019. 03.008.

Xianbing Ji, et at. Pool boiling heat transfer on uniform and non-uniform porous coating surfaces / Xianbing Ji, et at. // Experimental Thermal and Fluid Science. Volume 48, July 2013, Pages 198 – 212. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2013. 03.002.

Chang, Y. H. Experimental investigation on bubble dynamics and boiling heat transfer for saturated pool boiling and comparison data with previous works / Y. H. Chang, Y. M. Ferng // Applied Thermal Engineering. Volume 154, 25 May 2019, Pр. 284 – 293. DOI: 10.1016/i.applthcrmalcng.2019.03.092.

Chuang, T. J. Investigating effects of heating orientations on nucleate boiling heat transfer, bubble dynamics, and wall heat flux partition boiling model for pool boiling / T. J. Chuang, Y. H. Chang, Y. M. Ferng // Applied Thermal Engineering. Vol. 163, 25 December 2019, 114358. DOI: 10.1016/i.applthermaleng.2019.114358.

Газотермическое напыление. Под ред. Л. Х. Балдаева. — М.: Маркет ДС, 2007. — 344 с.

Hasui, A. Cladding and spraying /per. From Jap. Edited by V. S. Stepin, N. G. Shesterkin / A. Hasui, O. Morigaki. — M.: Mashinostroenie, 1985. — 240 p. (in Russ.).