Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I Ś L Ą S K I E J __________________ ig8£
S e r i a : E N E R G E T Y K A z. 92 N r koi. 876
S a n S K Ł A D Z I E Ń K r z y s z t o f W I L K
I nsty tut T e c h n i k i Cieplnej P o l i t e c h n i k i ¿lęskiej w G l i w i c a c h
A N A L I Z A C I E P L N A U K Ł A D U W Y S O K O T E M P E R A T U R O W E G O S I Ł O W N I M H D - P A R O W E O
S t r e s z c z e n i e . W p r a c y p r z e d s t a w i o n o u p r o s z c z o n y meto d ę analizy t er Biodynamicznej u k ładu w y s o k o t e m p e r a t u r o w a k o mora spal a n i a - gene
rator MHD. D e d n y m z e l e m e n t ó w tej a n a l i z y jest c z ą s t k o w a optymali
z acja w a r t o ś c i w s t ę p n e g o s t o s u n k u n a d m i a r u p o w i e t r z a oraz zawarto
ści p o s i e w u w spalinach. Z w i ą z a n y z tym jest d obór p r ę d k o ś c i w ka
n ale rob o c z y m MHD. R o z w a ż a n i a z i l u s t r o w a n o za pomo c y konkretnego p r z y k ł a d u obl i c z e n i o w e g o .
1. W S T ^ P
S i ł o w n i a M H D - p a r o w a zawiera, k i n e ' a i p o d g r z e w a c z y powi e t r z a , e l e m e n t e m jest u k ł a d w y s o k o t e m p e r P r z y k ł a d o w y u p r o s z c z o n y schemat s S c h ema t r z e c z y w i s t y Jest bardziej żyć o d d z i e l n y u k ład turbinowy. Pr s t o s o w a n i e d o d a t k o w e g o wymie n n i k a w a c z a, k t ó r y z n a j d o w a ł b y się pomi II stopr.ia. Schemat p r z e d s t a w i o n y c z o ne w linię. Dest to prop o z y c j a w i d z e n i a t e r m o d y n a m i c z n e g o niż uk czarni p o w i e t r z a o p a l a n y m i au t o n o m szy do r e a l i z a c j i i e k s p l o a t a c j i nie z a w i e r a j ą c e posiewu. Pon i e w a ż w i e r a j y c y k o m o r ę s p al ania i ż a n i a c h s p o s ó b p o d g r z e w a n i a c jonalnej nie ma znaczenia.
W y s o k o t e m p e r a t u r o w a komora r a t o r e m M HD, k tó ry składa się d yfuzora. S p a l a n i e w komorze p o w i e t r z a na ogół m n i e j s z y m
o p r ó c z k l a s y c z n e g o c z łonu Clausius a - R an - n i e k o n w e n c j o n a l n ą część, której głównym a t ur o w a komo ra s p a l a n i a - g enerator MHD.
i łowni M H D - p a r o w e j p o k a z a n o na rys. 1.
złożony. Do n a p ę d u s p r ę ż a r e k np. ma słu zede w s z y s t k i m Jednak p r z e w i d u j e się za- , p e ł n i ą c e g o m i ę d z y innymi funkcję paro- ędzy d y f u z o r e m i p o d g r z e w a c z e m powietrza na rys. 1 z aw iera p o d g r z e w a c z e te włą- d o c e l ow a , bardziej korz y s t n a z punktu ład z w y s o k o t e m p e r a t u r o w y m i podgrzewa- icznie [_l] . Ten drugi układ Jest łatwiej , gdyż do p o d g r z e w a c z y dopływają spaliny
p r z e d m i o t e m a n a l i z y jest fragment za- MHD, z a tem w. p r z e d s t a w i o n y c h rozwa- o raz postać s c h e m a t u części konwen-
sp a l a n i a jest b e zp o ś r e d n i o p ołączona z pene z d y s zy r o zp r ęż a j ą c e j , kanału roboczego i odbywa się p rz y wstę p n y m stos u n k u nadmiaru
1. Do k o m o ry dopr o w a d z a się, oprócz paliwa genera tor
p ow i e t r z a
od
Nsl HUI
72 O. S k ł a d z i e ń , k# W il k
* œi o *■* r i 1-0 •
© O) >*•
a > ?
N O AI L U
o a m
• H O . 0 CD O n ®
-y o c
CD -H 1 +■* X»
O Ù. E
*-• H ©
n » ©
CD 0) © » *-»
S S -H © 0
o C C C 1
L •H Q- N Q
<0 O o X
Q. 1 u > X
1 0 k-t
Q M © C
I M O) o
Z » M L. •H
Ł. © 4-«
•H O © C ©
C *■* N © O 5 CD t- o O) 0 O t - «-* i . © A4 © ©*-•C t . t4 C •H _X u © CD © 5 © -o S 0 » 0 H V O
*J a . © s CL co 1
s N • o © H-
0) O o © N O
X © -H L.
o » S 0 V E
CD 0 © © ©
© N 1 ■H L.
> c L. O)
C O) CT) UJ O a o © " O C /) a •H
N E O ■o
o O CL • L.
N l_ © O TJ
CD 1 .y *■> ©
O .X t . © •H t- © M © r-i H»
Q- r—4 M •N >* ■H 3 © Q. a> *j r—4 L. C CL
> 1 • CL © E
5 © 0 s •H
O
"O ï
•H
C 1 1 0
CD UJ © *♦-
Al H CD 2 O . y - ©
> © CL * © N C 0 > r—1
i- c XJ a
Q. © © O E
E L- s ©
• © O X
H -O E N UJ
c O O
• © .y © •
CD co S t-4
> 1 ©
O' © N •
N CO L O)
« * o> -H
> •o U.
-O * O
> a 1 No 1 co o Q -O S
o o . V.« 1. » O A4 © N © 5 3 c -H
*4- © r-4
>--* œ
*0 Q.
I I (0
o : -h Q y C
A n a l i z a c ieplna u kła du w y s o k o t e m p e r a t u r o w e g o . 73
i p o w i e t r z a p o d g r z a n e g o do wysok ie j t e m p e r a t u r y , w o d n y r o z t w ó r w ę g l a n u po
tasu, s t a n o w i ę c e g o p o s i e w j o n i z a c y j n y . W s t ę p n ę o p t y m a l i z a c j ę s t o s u n k u nad
m i a r u p o w i e t r z a w ko m o r z e w y s o k o t e m p e r a t u r o w e j oraz u d z i a ł u p o s i e w u w spa
l i n a ch m o ż n a p r z e p r o w a d z i ć r o z p a t r u j ę c J e d y n i e sarnę k o m o r ę s p a l a n i a [2] , (3]. D o k ł a d n i e j s z y dobór tych p a r a m e t r ó w z w i ę z a n y Jest z a n a l i z ę termody- n a m i c z n ę ró w n i e ż g e n e r a t o r a M H D (4] . P r z y p r z e p r o w a d z a n i u takiej a n a l i z y z a ł o żono , że kanał r o b o c z y ma kszt ał t u m o ż l i w i a j ę c y z a c h o w a n i e stałej p r ę d k o ś c i s p a l i n w z d ł u ż całej s t r e f y roboc z e j . P r ę d k o ś ć ta p o d l e g a również doborowi.
2. W Y K R E S i, s D L A Z O O N I Z O W A N Y C H S PA L I N
J a k w y k a z a n o w p r a c a c h (2] , [3] p od s t a w ę do p r z e p r o w a d z a n i a a n a l i z y ciep ln ej w y s o k o t e m p e r a t u r o w y c h e l e m e n t ó w s i ł o w n i M H D - p a r o w e j sę w y k r e s y w u k ł a d z i e en t a l p i a w ł a ś c i w a i - e n t r o p i a w ł a ś c i w a s dla z j o n i z o w a n y c h spalin. W y k r e s y takie p o w i n n y z o s t a ć s p o r z ę d z o n e dla k o n k r e t n e g o paliwa, p r z y o k r e ś l o n y m s k ł a d z i e u t leniac z a . W y k r e s ó w tych n a l e ż y z b u d o w a ć tyle, ile ma być r o z p a t r z o n y c h par c h a r a k t e r y s t y c z n y c h p a r a m e t r ó w w y s o k o t e m p e r a t u r o w e g o spalania. P a r a m e t r y te to w s t ę p n y s t o su n e k n a d m i a r u p o w i e t r z a do s p a l a n i a i u d z i a ł p o s i e w u w sp a linach. S t o s u n e k n a d m i a r u p o w i e t r z a X d e f i n i o w a n y jest w s p o s ó b k l a s y c z n y , n at o m i a s t u d z i a ł p o s i e w u w s palinach g^ w niniejszej p r a c y w y r a ż a n o p o p r z e z u d z i a ł g r a m o w y w s p a l i n a c h w ę g l a nu potasu:
m K„CO,
(1) g d z i e :
"V r n ~ ilość k i l o g r a m ó w s u c h e g o w ę g l a n u p o tasu d o p r o w a d z a n e g o wraz
2 3
z 1 kg p a l i w a ,
m g - ilość k i l o g r a m ó w g a z o wy c h s k ł a d n i k ó w s p a l i n u z y s k a n y c h z 1 kg paliwa.
P r zy s p o r z ę d z a n i u w y k r e s ó w i, s dla z j o n i z o w a n y c h s p a l i n n i e z b ę d n e jest p r z y j ę c i e pe w n y c h założeń. T y p o w e z a ł o ż e n i a p r z e d s t a w i o n o w p r a c ac h
0 0 > M • z z a ł o ż e ń tych s k o r z y s t a n o r ó w n i e ż p r z y p r z e p r o w a d z a n i u p r z y k ł a d o w y c h ob l i c z e ń , k t óry ch w y n i k i z a p r e z e n t o w a n o w dalszej c z ę ś c i o p r a c o w a nia. O d m i e n n i e niż u p r z e d n i o p o t r a k t o w a n o j e d y n i e e n t a l p i ę c h emicznę, któ- rę w y r a ż a n o za p om ocę e n t a l p i i t w o r z e n i a , a p o n a d t o za J e d n o s t k o w ę ilość s u b s t a n c j i pr z y j ę t o ilość k i l o g r a m ó w ga z o w y c h s k ł a d n i k ó w spalin m g uz y s k a n y c h po sp a l e n i u 1 kg paliwa. W s p a l i n a c h u w z g l ę d n i o n o 15 p r o d u k t ó w ga
zo w ych, a m i a n o w i c i e : H, , OH, HgO, O, O g , NO, S O g , COg, CO, K O H , KO, K, N g i Ar. Sę to s k ł a d n i k i o d g r y w a j ę c e is t otnę r o lę z p u n k t u w i d z e n i a będź p a r a m e t r ó w k a l o r y c z n y c h będź też p r z e w o d n o ś c i e l e k t r y c z n e j . T r a k t o w a n i e
entalpiawłaściwa
74 3. Skła d z i e ń , K. W i l k
R v s 2 W y k r e s i, s dla w y s o k o t e m p e r a t u r o w y c h s p a l i n przy
X
= 0,94 q = 0 , 01 5P n
Fiq. 2. G r a p h i, s for high t e m p e r a t u r ę c o m b u s t i o n g ases with A = 0 .9 4 and gp = 0 . 0 1 5
2 £ 0 0
T-2000X
8 9 8 8 92 % -fOO
*- e n tr o p ia w łaściw a
A n a l i z a ci e p l n a u k ł a d u w y s o k o t e m p e r a t u r o w eg o . 75
w y m i e n i o n y c h s u b s t a n c j i jak g az y p ó ł d o s k o n a ł e Jest u z a s a d n i o n e ze w z g l ę d u na r o z p a t r y w a n y o b szar z m i e n n o ś c i p a r a m e t r ó w t e r m i cznych. Obszar ten o b e j m u j e t e m p e r a t u r ę zawartę w p r z e d z i a l e 2 0 0 0 - 3 0 0 0 K o r a z ciśnienie n i e p r z e k r a c z a j ą c e 1 ,25 MPa. P r z y o b l i c z a n i u p a r a m e t r ó w k a l o r y c z n y c h nie b ra n o pod u w a g ę p o p i o ł u , u w z g l ę d n i o n o go n a t om i as t p r z y r o z p a t r y w a n i u generacji e n e r
gii e lektr y c z n e j w k anale roboczym. W k an a l e tym p o p i ó ł powoduje p o w s t a w a nie d o d a t k o w y c h strat w w y n i k u z a s z l a k o w a n i a elektrod. Udziały p o s z c z e g ó l n ych s k ł a d n i k ó w w s p a l i n a c h w y z n a c z o n o p o p r z e z m i n i m a l i z a c j ę entalpii s w o bodnej .
R o z p a t r z o n o wę g i e l , z a w i e r a j ę c y g r a m o w o 6 9 , 1 0 % p i e r w i a s t k a węgla, 0 , 6 9 % siar ki, 4 , 7 4 % w o doru, 1 2 , 0 6 % tlenu, 1 , 5 1 % azotu, 4 , 7 0 % tlenu, ci o raz 7 , 2 0 % popi ołu . W ę g i e l ten ma w a r t o ś ć o p a ł o w ę 2 6 , 5 MJ/kg; e n t a l p i ę tw o r z e n i a zaś - 2 5 5 0 kJ/kg. J a k o u t l e n i a c z p r z y j ę t o p o w i e t r z e o u d z i a ł a c h m o l o w y c h azotu, tlenu i a r g o n u r ó w ny c h k o l e j n o 7 8 , 1 0 % ; 2 0 , 9 7 % i 0 , 9 3 % o r a z o m o l o w y m s t o p n i u z a w i l ż e n i a 0 , 0 1 7 k m o l H g O / k m o l powietrza suchego.
M i n i m a l n e t e o r e t y c z n e z a p o t r z e b o w a n i e po w i e t r z a , z w i ę z a n e ze stosunkiem J e g o n ad miaru, o k r e ś l a n o w s p o s ó b k l as y c z ny , tzn. bez uwzg l ę d n i a n i a o b e c n o ś ci posiewu . P r z y j ę t o p onadto , Ze s i a r ka p alna s t a n o w i 9 0 % całego u d z i a łu siarki w p a l i w i e oraz że p o s i e w d o s t a r c z a n y jest w p o s t a c i 5 0 - p ro c e n t o - w e g o ro z t w o r u w o d n e g o « 2C 0 3 .
P r z y k ł a d o w y w y kre s i, s dla w y s o k o t e m p e r a t u r o w y c h s p alin p o k a z u j e r y s unek 2. Na r y sun ku tym zapis k gp ;o z n a cz a ilość k i l o g r a m ó w gazowych s k ł a d n i k ó w sp alin u z y s k a n y c h z 1 kg paliwa. W i d o c z n e Jest c h a r a k t e r y s t y c z ne w y g i ę c i e ku g órze i z oterm p rz y m a l e j ę c y m c iś n i e n i u , tym silniejsze, im w y ż s z a Jest t e m p e r a t u r a spalin. U j e m n e w a r t o ś c i e n t a l p i i spalin w y n i k a j ? z w y r a ż a n i a e n t a l p i i chemicznej za p o mo c ? e n t a l p i i tworzenia, która na o g ó ł jest ujemna.
W y k r e s y i, s spalin s? p o t r z e b n e p r z y b i l a n s o w a n i u k o m o r y spalania.
Jak r ó w n i e ż st a n o w i ? p o d s t a w ę do a n a l i z y p r o c e s ó w z a c h o d z ę c y c h w każd ym z t rze ch e l e m e n t ó w w c h o d z ę c y c h w s k ł a d g en e r a t o r a MHD.
3. B I L A N S E N E R G I I W Y S O K O T E M P E R A T U R O W E J K O M O R Y S P A L A N I A
Bilans e n erg ii dla k o m o r y sp a l a n i a w s p ó ł p r a c u j ? c e j z gen e r a t o r e m M H D jest k o n i e c z n y dla o k r e ś l e n i a p a r a m e t r ó w spal i n za komor?. Bilans taki ma post ać :
+ ‘a + \ " l0 * i ż * *k ot' (2)
g d z i e s ymbol i o z nacza e n t a l p i ę o d n i e s i o n ? do 1 kg paliwa, indeksy p, a, k, O 1 ż d otyc z? zaś paliwa, po wi e t r z a , w o d n e g o r o z t w o r u węgl a n u potasu, s p a l i n b e z p o ś r e d n i o za komor? i żużla. S t r a t y ciep ł a q k Qt w y r a ż a n o p o p r z e z b e z w y m i a r o w y w s p ó ł c z y n n i k :
temperaturaspoczynkowa
spal in
76 3 . S k ł a d z i e ń , K. W il k
Rys.
Fig.
W y k r e s t e m p e r a t u r y s p o c zy n ko w e j s p a l i n za k o m o r ę w funkcji s t o s u n k u nad m i a r u p o w i e t r z a A p r z y g p = 0 , 015
,. G r a p h of rest t e m p e r a t u r e of c o m b u s t i o n g ases a f t e r the c ha m b e r T as a f u n ction of air e xcess r a tio
X
w i t h g = 0 . 015o r
A n a l i z a c i epl na u kładu w y s o k o t e m p e r a t u r o w e g o . 77
^k ot = < ^ (wd + 1 a ) ( 3
W p o w y ż s z y m w z o r z e jest w a r t o ś c i ? o pa ł o w ? paliwa.
P o d c z a s w y k o n y w a n i a k o n k r e t n y c h o b l i c z e ń l i c z b o w y c h założono, Ze p a l i w o oraz r oztwó r z a w i e r a j ą c y p o s i e w maj? t e m p e r a t u r ę odniesienia, równa t e m p e r a t u r z e normalnej 25°C (298 K), p o w i e t r z e p o d g r z e w a n e jest do t e m p e r a t u r y 1800 K, c i ś n i e n i e w k omo r ze w y n os i 1 MP a , entalpia r o z p u s z c z a n i a K2 C 0 3 w w o d z i e jest z nikoma, p o p i ó ł zaś w c z a s i e spalania n i e ulega p r z e m i a n o m c h emicz nym , a jego e n t a lp i a fizyczna p r z y wypływie z k o m o r y w y n o s i 2 0 5 0 k3/kg żużla.
Na p o d s t a w i e b i l a n s ó w energi i dla k o mo r y i po w y k o r z y s t a n i u w y k r e s ó w i,s dla spalin m ożna o k r e ś l i ć w i e l k o ś ć t e m p e r a t u r y spoczynkowej spalin za komor?. P r z y k ł a d o w y w ykres p o d a j ? c y z a l e ż n o ś ć takiej t e m p eratury od s t o s u n k u n a d m i a r u pow i e t r z a p o k a z a n o na rys. 3.
4. A N A L I Z A C I E P L N A P R O C E S Ó W Z A C H O D Z Ą C Y C H W G E N E R A T O R Z E MHD
G e n e r a t o r M H D s kłada się z d y s z y rozp r ę ż aj ? ce j , będęcej dysz? Bende- m a n n a , w ł a ś c i w e g o k anału r o b o c z e g o M H D oraz d y f uz o r a irys. 4'. S c h e m a
tycz n y przebieg p r o c e s ó w ter modynami c z n y c h z a c h o d z ? c y c h w g en eratorze M H D p r z e d s t a w io n o we w s p ó ł r z ę d n y c h T, s p r a z s, i na rys. 5. Na ry
sunku tym z a s t o s o w a n o tak?
sam? n u merację p u n k t ó w jak na rys. 4.
P r z y r o z p a t r y w a n i u d y sz y B e n d e m a n n a przyjęto. Ze p r o ces r o z p r ę ż a n i a w niej p r z e b iega w sposób a d i a b a t y c z n y . Z a ł o ż e n i e takie u z a s a d n i o n e jest s t o s u n k o w o mał? d ł u g o ści? te] części g e n e r at o r a MHD. O b l i c z e n i a w y k o n a n o dla s p r a w n o ś c i dyszy ^ = 0,90.
W o b l i c z e n i a c h w y k o r z y s t a n o o c z y w i s t e wzor y : Rys. 4. Schemat u k ładu w y s o k o t e m p e r a t u r o
wego s iłown i MHD-parowej
KS - komora sp al a n i a ! DB - dysza B e n d e m a n na. KR - kanał roboczy, D - d y fu z or Fig. 4. Di a g r a m of high t e m p e r a t u r ę po wer
plant s ys tem M H D - s t e a m
78 _ _ _ _________ 3. Składzień, K. W i l k
V M p S V J M Vld]VlV9
V J T p v j a d i u d }
01 z
©N
UO L.
+-> O
« *->
u ©
© © l_
c ©
© • c
O) •H ©
O)
5 X 1
O o
X > X
o c z
> ■O u a> © ct> N X
N U *->
■o r*rf
O -o c
X CL •H
u ©
© 5 ©
N ©
© ©
X 2 ©
u ©
> O
c X o
N u
U o.
-H »
E © u
© •H
C » E
> H ©
■O C
o X >
E u ■o
U > o
© c E
*-> -O L.
©- ©
C N X
© L. *-•
■H rS4 E •o
© CL O
N •
L. 2 E
CL ©
© i . ł-* 2 O)
© ©
E -H
© © Q
Xo •
CO i i )
m oj
• Li.•H
©>*
£Z
A n a l i z a c ieplna u k ł a d u w y s o k o t e m p e r a t u r o w e g o . 79
W z a l e ż n o ś c i a c h p o w y ż s z y c h en t a l p i ę w p u n k c i e O p o t r a k t o w a n o Jak entalpię s p o c z y n k o w ę . S ymbol w o z nacza p r ę d k oś ć , i n deks ls - punkt po przemia
nie a d i a b a t y c z n e j o dwrac a l n e j . Z r ó wn a n i a (4) w y z n a c z a się dla założonej p r ę d k o ś c i w.^ e nt alp ię i^ . a n a s t ę p n i e z r e l a c j i (5) e n t a l p i ę i l g , co u m o ż l i w i a o k r e ś l e n i e c i ś n i e n i a p^ i w r e z u l t a c i e u m i e j s c o w i e n i e p un k tu 1.
P r o c e s t e r m o d y n a m i c z n y w k a n a l e r o b o c z y m M H D m o ż e mieć, w o g ó l n y m p r zy padk u, d o w o l n y p r zeb ieg, z a l e ż n y od p o s t a c i funkcji opis u j ę c e j zmienność pola p o w i e r z c h n i p r z e k r o j u p o p r z e c z n e g o tego kanału. P r a k t y c z n e znaczenie maję j e dnak tylko k a n a ł y o s tały m p r z e k r o j u lub z a p e w n i a j ę c e stałę, poza w a r s t w ę p r z y ś c i e n n ę , prędkość. T e n d r u gi p r z y p a d e k Jest z p u n k t u widzenia
t e r m o d y n a m i c z n e g o bardziej k o r z y s t n y i dl a t e g o w d a l s z y c h roz w a ż a n i ac h p r z y j ę t o , że na d r o d z e 1-2 o b d w i ę z u j e w a r u n e k w = w 1 > w 2 = idem.
Ilość e n e r g i i ele ktrycznej ee ^ o ddawanej p a z e w n ę t r z p r zez kanał ro
b o c z y M H D i odni e s i o n e j do 1 kg p al i w a w y n i ka ze wzoru:
e gl » (ix - i2 )(l - <*)Cg , (6)
g d z i e C Jest w s p ó ł c z y n n i k i e m u w z g l ę d n i a j ą c y m z a s z l a k o w a n i e elektrod, ol zaś w s p ó ł c z y n n i k i e m strat ciepła w k a na l e r o bo c z y m MHD. Wsp ó ł c z y n n i k ten z w i ę z a n y jest z i l o ś c i ę c i e p ł a q r o d d a w a n e g o ścia n o m k a nału p r z e z m g kg s p a l i n z a l e ż n o ś c i ę :
q r ot = (il ’ 12 ) * (
Do p r z y k ł a d o w y c h o b l i c z e ń p r z y j ę t o w a r t o ś c i : C = 0,956; o f ■ 0,1.
W i e l k o ś ć e n er gii elektrycznej z w i ę z a n a jest ze s p r a w n o ś c i ę elek- t ry cznę g e n e r a t o r a M H D relację:
?el = e el * q 0' ’ (8)
w której q!j Jest c i e p ł e m O o u l e ' a o d n i e s i o n y m do 1 kg paliwa i wydziela- j ę c y m się w s p a l i n a c h o raz w s zl a c e pr z y l e g a j ę c e j do ś cian k a nału robo c z e go MHD. Po u w z g l ę d n i e n i u faktów. Ze s t o s u n e k w i e l k o ś c i e e ]/<ł;j jest rów
ny s t o s u n k o w i o d p o w i e d n i c h o p o r ó w e l e k t r y c z n y c h o r a z iż opór elek t r yc z n y w a r s t w y s p a l i n jest p r o p o r c j o n a l n y do o d l e g ł o ś c i p o m i ę d z y elek t r o d a m i, o d w r o t n i e zaś p r o p o r c j o n a l n y do pola ich p o w i e r z c h n i i do p r z e w o d n o ś c i e l e k t r y c z n e j ó z j o n i z o w a n y c h spal i n , o t r z y m u j e się:
k ei ■ i r r v g (9)
80 0. S k ł a d z i e ń , K. Wilk
P a r a m e t r k g z a l e ż y g ł ó w n i e od g e o m e t r i i kanału. P o n i e w a ż c i e p ł o O o u l e ’a w y d z i e l a się g ł ó w n i e w w a r s t w i e spal i n , z a t e m p a r a m e t r kg z a l e ż y od p r z e w o d n o ś c i e l e k t r y c z n e j s p a l i n w n i e w i e l k i m stop n i u . P o d c z a s o b l i c z e ń p r z y j m o w a n o s t a ł e w a r t o ś c i tego pa r a m e t r u . P o m i n i ę t o p o n a d t o efekt Halla.
W p r z y k ł a d a c h l i c z b o w y c h za <a p r z y j m o w a n o ś r e d n i ę a r y t m e t y c z n e p r z e w o d n o ś c i e l e k t r y c z n e j w p u n k c i e 1 i 2. P r z e w o d n o ś ć w tych p u n k t a c h o b l i c z a n o na p o d s t a w i e k l a s y c z n e g o wzoru:
°2 %
«5= 0 , 5 3 2 ■ ■ ■ ■ , (10)
^ e k T n Q Q
w którym:
e - ładunek e l e k t r o n u , n - k o n c e n t r a c j a elekt r o n ó w ,e J m - m asa e l ekt ron u, e
k - s tała B o ltzmanna, T - temper a t u r a ,
nQ - k o n c e n t r a c j a d r o b i n o b o j ę t n y c h ,
O - p r zekr ój c z y n n y na z d e r z e n i e o b oj ę t n ej d r o b i n y z elek t r o n em . K o n c e n t r a c j ę e l e k t r o n ó w w y z n a c z a n o ze w z o r u Saha p r z y z a ł o ż e n i u j e d n o k r o t nej j o nizacji.
R ó w n a n i e b i l a n s u e n e r g i i dla s p a l i n w k a n a l e r o b o c z y m MHD, d o t y c z ą c e p r z y p a d k u = w2 1 ° d n i e s i o n e do 1 kg pali w a, ma p o s t a ć z w i ę z a n ę z (5) i '(7):
*1 ~ ł2 + C ; e el + «V ot (11)
Z r ó w n a n i a tego wy n i k a , że c a ł k o w i t e c i e p ł o p r z e n i k a j ą c e p r z e z ś c i a n y k a na ł u MHD, o d n i e s i o n e do 1 kg p a l i w a. Jest sumą ciep ł a t r a c o n e g o p r z e z s p a liny oraz c i epła ~ w y d z i e l a j ą c e g o się w szlace.
s
R ó w n a n i e (ll) n i e u m o ż l i w i a o k r e ś l e n i a p a r a m e t r ó w t e r m i c z n y c h spal in za k a n a ł e m r o b o c z y m MHD. W celu w y z n a c z e n i a ty c h p a r a m e t r ó w w y k o r z y s t a n o z a l e ż n o ś ć o p i s u j ą c ą c i e p ł o q c p o c h ł o n i ę t e p r z e z m g kg s p a l i n na d r o dze 1 - 2 :
^ * ‘b + k ‘ «V ot- (12)
g d z i e :
~ c i e p ł o tarcia w k a n a l e r o b o c z y m M H D o d n i e s i o n e do m g kg spalin, q- - c i e p ł o D o u l e > a w y d z i e l a j ą c e się w s p al i n a c h , o d n i e s i o n e do m g kg
czynn ika .
A n a l i z a c i ep lna u k ł a d u w y s o k o t e m p e r a t u r o w e g o . 81
P o m i ę d z y w i e l k o ś c i a m i q(j i q^ w y s t ę p u j e relacja:
q Ó - q0 “ ee l (C ^ - 1 ) ' (13)
a s tą d na p o d s t a w i e (8)
(14)
C i e p ł o tarcia o k reśla formuła:
(15)
w której ^ jest w s p ó ł c z y n n i k i e m z w i ę z a n y m z p r z e b i e g i e m p r o c e s ó w w kana
le MHD. W p r z y k ł a d z i e p r z y j ę t o & = 0,1. O b l i c z e n i a sę m o ż l i w e do przepro
w a d z e n i a przy z n a n y m c h a r a k t e r z e krzywej 1-2. Z a ł o ż o n o , że p r z e m i a n ę tę w e w s p ó ł r z ę d n y c h T, s p r z e d s t a w i a o d c i n e k linii prostej. W takim przy
p a dku
Po w y k o r z y s t a n i u (6), (7), (12), (14) i (15) o t r z y m u j e się:
R ó w n a n i e p o w y ż s z e r o z w i ę z u j e się m e t od ę prób, p r z y w y k o r z y s t a n i u odpo w i e d
n i e g o w y k r e s u i, s dla w y s o k o t e m p e r a t u r o w y c h spalin. P u n k t u 2 poszukuje się p r z y tym na i z o b a r z e p2 . W o b l i c z e n i a c h p r z y j ę t o p2 = 0,1 MPa.
W t r a k c i e r o z w i ą z y w a n i a r ó wnan i a (17) w y z n a c z a n o ś r e d n i ą p r z e w o d n o ś ć e l e k
t r y czną s p a l i n w k a nale roboczy m , a n a s t ę p n i e s p r a w n o ś ć O b liczenia dla d y s z y i k a n a ł u r o b o c z e g o r e a l i z u j e się p rz y z ałożonej p r ę d k o ś c i w 1= w 2<
Po o k r e ś l e n i u p o ł o ż e n i a p u nktu 2 n a l e ż y s p r a w d z i ć , czy p r ę d k o ś ć w tym p u n k c i e nie jest w i ę k s z a od p r ę d k o ś c i dźwi ę ku .
T r z e c i m fra g m e n t e m g e n e r a t o r a M H D jest dyfu z o r , w k t órym nast ę p u je w y h a m o w a n i e spalin, p r z y r ó w n o c z e s n y m w z r o ś c i e ich ciśnienia. C i ś n i e ni e w p u n k c i e 3 p o w i n n o być na tyle duże, aby m o ż l i w y był p r z e p ł y w s p a l i n przez p o z o s t a ł e e l e m e n t y układu, p r z y j m u j ą c np. w a r t o ś ć p ^ = 0 , 1 1 5 MPa. R ó w na nie b ilansu energi i dla cz y n n i k a w dyfu z o rz e , o d n i e s i o n e do 1 kg paliwa, ma postać:
82 0. S k ł a d z i e ń , K. W i l k
g d z i e q d o z n a c z a c i e p ł o o d d a w a n e ś c i a n o m dyfu z o r a . W p r z y k ł a d z i e l i c z b o w y m p r z y j ę t o q d Qt = 0 , 7 5 q r Qt , p r ę d k o ś ć w^ zaś w o b l i c z e n i a c h p o m i nię to. A b y m óc p r z e p r o w a d z i ć o b l i c z e n i a z a ł o ż o n o p o d o b n i e jak u p r z e d nio, że linia p r z e m i a n y 2 - 3 jest o d c i n k i e m pros t e j , a tym s amym
T 2 ł T 3
2 (s3 - 9 2 ) “ ^ d - % ot' ri9)
g d z i e d jest c i e p ł e m tarci a w dyfu z or z e. W p r z y k ł a d z i e o b l i c z e n i o w y m z a ł o żon o, że c i e p ł o tarcia q^ d jest t akie samo jak w d y f u z o r z e a d i a b a tycz nym, kt ó r e g o s p r a w n o ś ć £ D w y n o s i 0,7. S p r a w n o ś ć ta jest o k r e ś l o n a w z o r e m :
* 0 - (20)
w k t ó r y m p u n k t y 3s oraz 3 ’ do t y c z ę w y h a m o w a n i a a d i a b a t y c z n e g o o d w r a c a l n e go i z a c h o d z ę c e g o z tarciem. W takim p r z y p a d k u ma m i e j s c e (dla Wj. = 0):
W 2
1 3' = X2 + "s ~ 2 (2l)
Dla d y f u z o r a a d i a b a t y c z n e g o w y k o r z y s t a n o r ó w n i e ż p r z y b l i ż o n ę z a l e ż n o ś ć
T V + Tq
q f d = ---5 (s3, - s 2 ) (2 2)
P r z e d s t a w i o n y u k ł a d r ó w n a ń r o z w i ę z u j e się r ó w n i e ż p r z y w y k o r z y s t a n i u w y k resu i, s dla spalin. Po w y z n a c z e n i u na p o d s t a w i e (21) oraz (20) k o l e jno e n t a l p i i i^, o r a z i 3sj a n a s t ę p n i e c i ś n i e n i a p Jg (rys. 5 b ) i p a r a m e t r ó w s^, ( T^, o k r e ś l a s i ę c i e p ł o q^ d> Z n a j o m o ś ć tego ciepła o r a z e n t a l p i i ij , równej na p o d s t a w i e (18) r ó ż n i c y ij« - q d , u m o ż l i wia r o z w i ę z a n i e r ó w n a n i a (19) za p o mo c ę m e t o d y prób. W r e z u l t a c i e o t r z y m u j e się p o ł o ż e n i e p u n k t u 3, a tym s a m y m c i ś n i e n i e k o ń c o w e p^.
P o w y ż e j p r z e d s t a w i o n e rów n a n i a , d o t y c z ę c e c a ł e g o g e n e r a t o r a , w r a z z k o m p l e t e m w y k r e s ó w i, 3 dla spalin, s t a no w i ę p o d s t a w ę do w ł a ś c i w y c h c z ę s t k o w y c h r o z w a ż a ń o p t y m a l i z a c y j n y c h .
5. C Z Ą S T K O W A O P T Y M A L I Z A C J A U K Ł A D U W Y S O K O T E M P E R A T U R O W E G O K O M O R A S P A L A N I A - G E N E R A T O R M H D
J ak w s k a z a n o w p r a c y [3] , m o ż l i w a i c e lowa jest c z ę s t k o w a o p t y m a l i z a cja w y s o k o t e m p e r a t u r o w e j c z ęści s i ł o w n i M H D - p a r o w e j , beż r o z p a t r y w a n i a c a ł e g o układu. J a k o k r y t e r i u m c z ę s t k o w e n a l e ż y p r z y j ę ć m i n i m u m o b j ę t o ś c i
A n a l i z a c iepl na u k ł a d u w y s o k o t e m p e r a t u r o w e g o . 83
'-snału roboczeg o, a tym samym m a k s i m u m mocy eie kt r y c z n e j uzyskiwanej z j e d n o s t k i o b j ę t o ś c i ka nału roboczego. M o c ta Ny, po p r z y j ę c i u klasycz
n e g o u p r o s z c z o n e g o m odelu g e n e r a t o r a MHD, p o m i j a j ą c e g o m i ę d z y innymi w p ł y w szlaki, okr e ś l o n a jest wz orem:
NV ‘ 6 ” 2b\ i ( 1 - i . i } ( 2 3 ) .
W z a l e ż n o ś c i powyżs zej 3 Jest indu k cj a pola m a g n e t y c z n e g o w kanale ro b o c z y m MHD. U w z g l ę d n i e n i e strat w s zl a c e w y m a g a p o m n o ż e n i a prawej strony z a l e ż n o ś c i (23) p rze z iloraz •
P r z y j ę c i e za k r y t e r i u m c z ą s t k o w e g ę s t o ś c i mocy Ny Jest całkowicie z q o d n e z z asadę m i n i m a l i z a c j i koszt u p r o d u k c j i 1 kWh e n e rgii elektrycznej.
W z r o s t mocy N p o w o d u j e z a r o w n o s padek n a k ł a d ó w na i n s t a l a c j ę . Jak też z w i ę k s z e n i e s p r a w n o ś c i układu. S p ad e k n a k ł a d ó w w y n i k a g ł ó w n i e ze zmniej
s ze n ia dł u g o ś c i k a n a ł u r o b o c z e g o M H D oraz ze z m n i e j s z e n i a w y m i a r ó w elek
tr o magnesu. M n i e j s z a długość kana ł u r o b o c z e g o p o c i ą g a za sobą dodatkowo z m n i e j s z e n i e strat, gł ó w n i e s t r a t y tarcia i s t r a t y ciepła w n i kającego do ś cian kanału.
W p r a k t y c e m a k s y m a l i z a c j ę g ę s t oś c i m o c y Ny można p r z e p r o w a d z a ć m a k s y m a l i z u j ą c ś r edni ą wa r t o ś ć i l oczy n u 4 w 2 w kanal e r o b o c z y m MHD, średnią w a r t o ś ć w y r a ż e n i a 6 w 2 (l - lub w bardziej d o k ł a d n y c h r o z waża
n i a c h ś r ednią w a r t o ś ć iloczynu 6 w^ (l - 2— . W p u n k c i e 6 u w z g l ę d n i o n o g ł ó w n i e drugi z w y m i e n i o n y c h p r zypadków.
J e d n o s t k o w a moc Ny jest funkcją w i e l u para me t r ó w . W niniejszej p r a c y p r z e a n a l i z o w a n o w p ł y w na tę moc w s t ę p n e g o s t o su n k u nadm i a r u powietrza oraz z a w a r t o ś c i po s i e w u w spalin a ch . O p t y m a l i z u j ą c w a r t o ś c i tych dwóch p a r a m e t r ó w r ó w n o c z e ś n i e o p t y m a l i z o w a n o w i e l k o ś ć p r ę d k o ś c i w k a nale r o b o
czym. W zrost tej p r ę d k o ś c i z jednej s t r o n y z w i ę k s z a b e z p o ś r e d n i o jeden z c z y n n i k ó w ilo c z y n u o k r e ś l a j ą c e g o moc N y , z drugiej j e d n a k s t r o n y z w ięk
s z a n ie p r ę d k o ś c i w = w^ = w 2 p o w o d u j e s p adek t e m p e r a t u r y spalin, a tym s a m ym s p a d e k p r z e w o d n o ś c i elektr y c zn e j. Istn i e je z a t e m opty m a l n a , ze w z g l ę d u na moc N y , wa r t o ś ć p r ę d k o ś c i w k a n a l e robo c z y m , przy c z y m p r ę d kość ta nie m o że być w yższa od p r ę d k o ś c i gran i c zn e j . P r ę d k o ś ć m a k symalna d o p u s z c z a l n a w y s t ę p u j e wtedy, gdy pr z yn a j m n i e j w j e d n y m p r z e k r o j u g e n er a tora M H D p ojaw ia się prę d k o ś ć dźwię k u. W p r a k t y c e p r ę d k o ś ć ta pojawia się n a j p ręd zej w p u n k c i e koń c o w y m kana ł u roboc z e g o, tzn. w p r z e k r o j u 2. P r ę d kość w k anale ro b o c z y m nie m oże być z at e m w i ę k s z a od p r ę d k o ś c i dźwięku w tym miejscu.
6 . W Y N I K I P R Z Y K Ł A D O W Y C H O B LICZEŃ
Za pomocą p r z e d s t a w i o n y c h z a l e ż n o ś c i p r z e p r o w a d z o n o a n a l i z ę cieplną p r o c e s ó w z a c h o d z ą c y c h w w y s o k o t e m p e r a t u r o w y m u k ł a d z i e komo r a spalania -
O. S k ładzień, K, W i l k
p o m o cn iczy p a r a m e t r k g
p o m o c n i c z y p a r a n i e i r kg
**ys. 5. W p ł y w p o m o c n i c z e g o p a r a m e t r u nośc Tf_, p r z y
na w a r t o ś ć i l o c z y n u 6 w i sprav>- , y «.y g - 0,015 . A ~ 0 , 9 4 oraz Ma.-, * 1
ei p 2
Pic;. 6. T h e effect of a o d i t i o n a l p a r a m e t e r k u p o n a product 6 w the e f f i c i e n c y wi th
1 = 0 , 9 4 k
0 . 01 5 . * 0 . 9 4 arid Ma_
and
A n a l i z a ci e p l n a u k ł adu w y s o k o t e m p e r a t u r o w eg o .
g e n e r a t o r M H D . W p o p r z e d n i c h r o z d z i a ł a c h o oc a n o p r z y i e t v dc o b l i c z e ń skład p aliwa oraz w a r t o ś c i charakterystycznych, para m e t r ó w . ' st pne o b l i c z e n i a w y k a z a ł y , że op ty m a l n a w a r to ś ć p r e d k o t c i sp.alir w kanale '■ol oc*.vm g e n e r a t o r a M H D lest dla rozpatrywarieco z a k r e s u p u z o s t a i v c h p a r a m e t r ó w w y ż s z a od p r ę d k o ś c i dźwięku p r z y w y p ł y w i e z k a n a i u M*' . D ł a i c i w e o b l i c z e nia w y k o n a n o zatem dla p r z y p a d k u g r a n i c z n e g o , tzn. dla sytu a c j i . gcy pr - kość w p r z e k r o j u 2 osięga w a r t o ś ć równą o r ę d k o s c i czwi t k u , c tym samym licz ba M a c h a p r zy w y p ł y w i e z ka nału r o b o c z e g o f ^ s p e ł n i a w a r u n e k M a ^ - 1.
Dla u d z i a ł u po s i e w u w spa l i n a c h o rz y i - t o w a r t o ś c i o - O . o y p ; 0,G1C;
0 , 0 15, dla w s t ę p n e g o st o s u n k u n a d m i a r u p o w i e t r z a za* r1 •A ,- K ; 0,''4; 0 , 9 8
i 1,02.
U p ł y w p o m o c n i c z e g o p a r a m e t r u k f p r z e o s tawi on o dla ; e m e g o z r o z p a t r y w a n y c h w a r i a n t ó w na rys. 6. Do ob l i c z e ń p r z y j ę t o o s t a t e c z n i e < = 2.34, co dla p r z y p a d k u jak na rys, 6 o d po w i a d a s p r a w n o ś c i *?,. , zawartej w gra
n i c ach 7 2 % - 75,4%, O k r e ś l e n i e optymalne-* wart o ; c i te' s p rawności stanowi o d d z i e l n y problem. Opty m a l n a , z p u n k t u w i d z e n i a c 1, .to .ci mocy , wartość s p r a w n o ś c i
V
w y n o s i w p r z y p a d k u i d e a l n y m 0,5. c-ciy j e dnak ma miejsce s t o s u n k o w o niski s t opi eń w y k o r z y s t a n i a entalpii wysokotetncera turowych spalin w k a n a l e M H D ze w z g l ę d u na duża y.arto- r c i epła 3oule'a. V zrost stopnia w y k o r z y s t ania s p ali n wymaga z kolei z w i ę k s z e n i a ci. n i e m a w k o m o r z e scala-
y u»
3ys. 7. U p ł y w s t os unk u n admiaru p o w i e tr z a na w a r to sc-
^ el W b a n a l e r ° o o c z y m M H D przy
iloc z y n u ^ w f1 (
= 1
Fig. 7, T he effect of air excess r atio u p on the oreouc a w tl r in tfie labour channel M H D with
0,90 0,92 0,9k 0,96 0,95 1,00
► stosu n ek n a d m ia r u powietrza stosun ek n a d m ia r u powietrza
86 J . S k ł a d z i e n , k . Wilk
m a . A n a l i z y d ob oru w a r t o ś c i s p r a w n o ś c i n a l e ż y z a t e m d o k o n y w a ć r o z p a t r u j ą c od s t r o n y t e c h n i c z n o - e k o n o m i c z n e j cały u k ł a d siło w n i M H D - p a r o w e j .
W s t ę p n ę o p t y m a l n ę w a r t o ś ć s t o s u n k u n a d m i a r u p o w i e t r z a m c z n a określić b i o ręc pod uwagę j e d y n i e w y s o k o t e m p e r a t u r o w ę k o m o r ę s p a l a n i a [3]. Wsrtoś- u ś c i ś l o n a w y n i k a z m a k s y m a l n e j w i e l k o ś c i m o c y Ny. A b y u z y s k a ć tę u śc i śl c - nę m a k s y m a l n a w a r t o ś ć w y k o n a n o s erię w y k r e s ó w , k t ó r y c h część p o k a z a n a jest na rys. 7. O p t y m a l n a w a r t o ś ć s t o s u n k u n a d m i a r u
X
w n i e w i e l k i m s t o p niu z a l e ż y od u d z i a ł u p o s i e w u 9 p i w s p ó ł c z y n n i k a strat ciep ł a w k o m o r z e s p a l a n i a , p r z y czym k r z y w e tego typu jak na rys. 7 sę b a r d z o p ł a s k i e w p o b l i ż u maks imum. P r z e p r o w a d z o n e o b l i c z e n i a wy k a z a ł y , że o p t y m a l n a z p u n k t u w i d z e n i a g e n e r a t o r a M H D w a r t o ś ć s t o s u n k uX
z a w a r t a jest w r o z p a t r y w a n y m p r z y p a d k u w p r z e d z i a l e X = 0,92 - 0,94. O p t y m a l n e w a r t o c c i s t o s unkuX
ze w z g l ę d u na t e m p e r a t u r ę s p o c z y n k o w ę s p a l i n za komo r a z a w a r t e sę p r a k t y c z n i e w tym s a m y m p r z e o z i a l e , p r zy c zy m na n a j k o r z y s t n i e j s z a w a r tośćX
ma w t e d y n i e w i e l k i w p ł y w w s p ó ł c z y n n i k strat JUL . Wzrost tego w s p ó ł c z y n n i k a n ieco z w i ę k s z a optym a l n ę , z uwagi na t e m p e r a t u r ę s p a l i n za komorę, w a r t o ś ć s t o s u n k uX .
0,98
1 0 , 9 k
¿ 0 , 9 0
Cy
¿1 = 0,025
0,005 0,015 0,025
udział posiewu w 5 p a ( m a c h
9 p
udzLat posiewu w spdfinach
p ys. 8. W p ł y w u a z i a ł u p o s i e w u w s p a l i n a c h g^ na w a r t o ś ć i l o c z y n u 6 w t?e ^ (1 - i? 1 w k a n a l e r o b o c z y m M H D p r z y M a « = 1 i 51 = 0,93
u e i 2
Fig. 8. T he effect of the fra c t i o n of s e e d i n g for the product 6 w - % el in the l abour c han n e l M H O with M a _ = 1 and X = 0 , 9 3
A n a l i z a ciepl na u kła au wysokot emperat urowego. 87
W celu zb a d a n i a w p ł y w u u d zia ł u p o s i e w u w so a l i n a c h a na wartość ilo-
^ 2 “p
czynu (3 w ^ e y '1 _ t ? e i - w y k o n a n o s e r i e w y k r e s ó w teao typu, jak na rys.8.
Z w y k r e s ó w tych wynika, że o p t y m a l n a w ar t oś ć u d z i a ł u p o s iewu g p wynosi ok. 1 ,25/,. Jest to wartość niższ a od w y n i k aj ą ce j z a n a l i z y samej tylko wy- sokot empera t urowe j komory sp a l a n i a [3], R ó w n o c z e ś n i e o b l i c z e n i a wykazały, że dla u o z i a ł u g^ z b l i ż o n e g o ao o p t y m a l n e g o k r z y w e tego typu jak na rys. 7 sę w p o b l i ż u optymalnej w a r t o ś c i s t o s u n k u A. b a r d z o spłaszczone.
I d en tyczna o p t y m a l i z a c j a d o k o n a n a ze w z g l ę d u na iloc z y n ^>w . 2 dała p ra k t y c zni e takie same r e z u l t a t y jak m a k s y m a l i z a c j a w y r a ż e n i a ó w ' i - *le ± •
P r z e b i e g p r o c e s ó w w g e n e r a t o r z e M H D w a r u n k u j e m i e d z y innymi c i c nienie p^, kt óre p o w i n n o mieć o k r e ś l o n ę w a r t o f-c. Pewne z n a c z e n i e ma również tem
p e r a t u r a p rzy w y p ł y w i e z k a n a ł u roboczego. T e m p e r a t u r a ta nie powin
na być zbyt niska. M o ż n a się np. spot ka ć z tezę, że t e m p e r a t u r a la z uwa
gi na p r z e w o d n o ś ć s p a l i n nie po w i n n a z b y t n i e odbie g a ć od w a r t o ś c i 2300 K.
W r o z p a t r y w a n y m p r z y k ł a d z i e dla X = 0,94 i 'g^ = 0 ,015 u z y s k a n o T . =
= 2 0 9 0 K p r z y = 0,025 oraz = 2 0 5 0 K p r z y ¡X = 0,050. i ak sto
s u n k owo niska w a r t o ś ć t e m p e r a t u r y > p o c i g g a ł a za soba p r z y j ę c i e nie
zbyt wysokiej p r ę d k o ś c i p r z e p ł y w u s p a l in w kanale r o b o c z y m M H D , wynos z ą cej ok. 850 m/s. P r z y j ę c i e wyższej p r ę d k o ś c i w^ s p o w o d o w a ł o b y p r z ek r o c z e n i e p r ę d k o ś c i d ź więku w p u n k c i e 2.
O b l i c z e n i a d o t y c z ą c e dyf u z o r a w y kazały, że c i ś n i e n i e k o ń c o w e w rozpa-- tr y w a n y m p r z y k ł a d z i e uzy s k u j e w a r t o ś ć = 0 , 1 6 MPa. Jest to wielkość s t o s u n k o w o wysoka. G d y b y m o ż l i w e było d o p u s z c z e n i e jesz c z e niższej warto
ści t e m p e r a t u r y . w ó w c z a s c e lo w e b y ł ob y r o z p r ę ż a n i e s p a l i n w kanale r o b o c z y m do c iś n i e n i a p£ <*. 0,3 MPa. W p r z e c i w n y m p r z y p a d k u a n a l i z y w y m a ga m o ż l i w o ś ć obn i ż e n i a wa r t o ś c i c i ś n i e n i a p ^ lub s p r a w n o r c i V e l '
7. W N I O S K I , U W AGI K OŃCOWE
V" p r a c y z a p r o p o n o w a n o m; todę p r z e p r o w a d z a n i a u p r o s z c z o n e j a n a l i z y c ieplnej w y s o k o t e m p e r a t u r o w e g o u k ła d u komora s p a l a n i a - g e n e r a t o r MHD, po- łęczonej z c z ęs tko wę o p t y m a l i z a c j ę w a r t o ś c i w s t ę p n e g o s t o s u n k u nadmiaru p o w i e t r z a oraz u dz iału p osiewu w spalinach. O b l i c z e n i a w y k a z a ł y , że s tosu
nek n ad m i a r u po wi e t r z a p o w i n i e n miec w ar t oś ć m n i e j s z ę od 1. W y k a z a ł y one równie ż, że b a rdz o z b l i ż o n e r e z u l t a t y w o d n i e s i e n i u do o p tymalnej wart o śc i tego s t osunku u z y s k u j e się z a r ó w n o o rz y r o z p a t r y w a n i u u k ł a d u komora s p a l a nia - g en e r a t o r M H D jak też j e d y n i e samej k o m o r y spalania. N a l e ż y sędzić, że o t r z y m a n e w artoś ci st o s u n k u n a d mi a r u p o w i e t r z a sg z b l i ż o n e do wartości o p t y m a l n y c h z p un ktu wi d z e n i a całej s i łowni M H D - p a r o w e j . O d m i e n n i e wyglę- da s y t uac ja w p r z y p a d k u z a w a r t o ś c i p o s i e w u w spalinach. Ta o p t y m a l n a z a w a r to ść jest przy r o z p a t r y w a n i u k o m o r y s p a l a n i a wraz z g e n e r a t o r e m M H D w s p o s ó b w i d o c z n y n iż sza niż w y n i k a j a c a z a n a l i z y samej komory. N a l e ż y się p r z y tym spodzie wać , ze opt y m a l n a ze w z g l ę d u na koszt 1 kWh energii elek-
88 0. S k ł a d z i e ń , K. W i l k
trycznej z a w a r t o ś ć p o s i e w u w s p a l i n a c h ma j e s z c z e niżs z ą w a r t o ś ć niż w y z n a c z o n a w p r z y k ł a d o w y c h o b l i c z e n i a c h .
P r z e d s t a w i o n y s p o s ó b p o s t ę p o w a n i a z w i ą z a n y jest z p r z y j ę c i e m w i e l u z a ł ożeń u p r a s z c z a j ą c y c h , z w ł a s z c z a w o d n i e s i e n i u do k a n a ł u r o b o c z e g o g e n e r a tora MHD. W y n i k i o t r z y m a n e za p o m o c ą poka za n ej m e t o d y m o g ą być jednak p r z y d a t n e p r z y p l a n o w a n i u e k s p e r y m e n t ó w z w y s o k o t e m p e r a t u r o w y m u k ł a d e m k o m o r a sp a l a n i a - g e n e r a t o r M H D jak ró w n i e ż p r z y s z a c o w a n i u s p r a w n o ś c i u k ł a du s i ł o w n i M H D - p a r o w e j .
L I T E R A T U R A
D 3 P u d l i k W . , R o g o w s k i M . : Z m i a n a s p r a w n o ś c i s i ł o w n i M H D - p a r o w e j z r e g e n e r a c y j n y m z g a z o w a n i e m w ę g l a s p o w o d o w a n a o s o b n y m o p a l a n i e m p o d g r z e w a czy w y s o k o t e m p e r a t u r o w y c h . M a t e r i a ł y XII Z j a z d u T e r m o d y n a m i k ó w , K r a ków - R y t r o 1984.
[2] S k ł a d z i e ń 0.: A n a l i z a ci e p l n a w y s o k o t e m p e r a t u r o w e j k o m o r y s p a l a n i a g e n e r a t o r a MHD. M a t e r i a ł y X II Z j a z d u T e r m o d y n a m i k ó w , K r a k ó w - R yt r o 1984.
[3] S k ł a d z i e ń D .: U p r o s z c z o n a m e t o d a a n a l i z y cieplnej w y s o k o t e m p e r a t u r o w e j k o m o r y sp a l a n i a g e n e r a t o r a MHD. Z e s z y t y N a u k o w e Pol. ś l . , s. E n e r g e t y ka, z. 92, G l i w i c e 1986.
M W i l k K . : A n a l i z a c i eplna w y s o k o t e m p e r a t u r o w e j k o m o r y s p a l a n i a g e n e r a tora M H D w si ł o w n i kombin o w a n e j M H D - p a r o w e j . P r a c a m a g i s t e r s k a z r e a l i z owana w ITC Pol. ś l . , G l i w i c e 1984.
R e c e n z e n t : doc. dr hab. inż. W ł a d y s ł a w G a j e w s k i
W p ł y n ę ł o do r e d a k c j i w m arcu 1985 r.
TEIUI0BO2 AHAJM3 BUCOKOTEMUEPATyPHOii CHCTEMłi CHJIOBOil y C T A H O B K H M.U-nAP0B0l4
P e 3 »3 m e
B paóoie npencTaBJieH y n p o n e H H H K Met on T e pM O A H H a M m i e c K o r o aHajiH3a C H C T e MH B H C O K O T e M n e p a i y p H O « Kaiiepu e r o p a m i a - r e H ep a io p O ^ h k m «3 sjteMeHtoB s t o- r o aHaJiH3a aBJiaeTca a a c T H a H a a o n T H MH 3 a u aa 3Ha<ieHHa Ha^ajibHoro oTHomeHaa H 3 - jisuneic B03jyrxa a Taioice c o c i a s a n o c e s a b BuxjionHbix r a a a x . C bthm c B a 3 a H n o nóop C K o p ocTH b p a ó o a e M KaHajie M X jl, Pa c cy a m e H H a ajuimcipapoBaHii K O H K p e T H H M H pac -
<ieTHUMK npauepaMH.
A n a l i z a c i epln a u k ł a d u w y s o k o t e m p e r a t u r o w eg o . 89
t h e r m a l a n a l y s i s t h e m h d-s t e a m p o w e r p l a n t H I G H - T E M P E R A T U R E S YSTEM
S u m m a r y
The p aper p r es ents a s i m p l i f i e d m e th o d of thermodynamic a n a l y s i s of h i g h - t e m p e r a t u r e syste m c o m b u s t i o n c ha mber - M H O generator. A p a r t i a l o p t i m i z a t i o n of a p rimary air exce s s r a t i o and a ionization a d d i t i o n s h a r e in c o m b u s t i o n gases is a part of this analysis. A s e l e c t i o n of a c o m b u s t i o n gases speed in M H O - g e n e r a t o r duct is also exam i n e d . Some r e s u l t s of the e x a m p l e c a l c u l a t i o n s are shown.
