Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Характеристики газового разряда между проточным электролитным катодом и металлическим анодом: со вдувом и без вдува газа

Диссертация: Характеристики газового разряда между проточным электролитным катодом и металлическим анодом: со вдувом и без вдува газа
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Определены диапазоны параметров рабочего режима электролитного катода: плотность тока (0,9 — 1,0) А/см — температура электролита в зоне действияразряда (70 — 80) °С. При работе катода в таком режиме приращение энтальпии плазменного потока составляет (4,9 — 5,4) МДж/кг, а температура достигает максимально, высоких значений на значительном удалении от разряднойзоны (~1800 °С на расстоянии 40−50… Читать ещё >

Содержание

  • Обозначения
  • Глава 1. Обзор исследований газовых разрядов с жидкими электролитными электродами
    • 1. 1. Газовые разряды в парах воды и жидких электролитов
      • 1. 1. 1. Дуговой разряд
      • 1. 1. 2. Коронный разряд
      • 1. 1. 3. Импульсный разряд
    • 1. 2. Газовые разряды с жидкими электролитными электродами
    • 1. 3. Газодинамические и электрические явления на границе «жидкий электролит — плазма»
      • 1. 3. 1. Деформация поверхности электролита при электрическом пробое
      • 1. 3. 2. Газодинамическое воздействие электрического разряда на поверхность электролита
      • 1. 3. 3. Массоперенос и перенос зарядов через границу «жидкий электролит — плазма»
    • 1. 4. Задачи диссертации
  • Глава 2. Экспериментальная установка и методика измерений
    • 2. 1. Общая характеристика экспериментальной установки
    • 2. 2. Описание составных частей экспериментальной установки
    • 2. 4. Измерительная аппаратура. Методика проведения экспериментов и оценка точности результатов
  • Глава 3. Результаты экспериментального исследования газового разряда без вдува газа
    • 3. 1. <. Общая картина физических явлений в газоразрядном устройстве с проточным электролитным катодом
    • 3. 2. Возникновение газодинамического воздействия на электролитный катод
    • 3. 3. Вольтамперные характеристики
    • 3. 4. Падение напряжения на. проточном электролитном катоде
    • 3. 5. Плазменный поток, формируемый в газовом разряде с проточным электролитным катодом
  • Глава 4. Генераторы плазмы с проточным электролитным катодом и результаты исследования газового разряда со вдувом газа
    • 4. 1. Генераторы плазмы с проточным электролитным катодом
      • 4. 1. 1. Катодный узел
      • 4. 1. 2. Элементы газоразрядной камеры
      • 4. 1. 3. Методика расчета внутренней геометрии газоразрядной камеры
      • 4. 1. 4. Энергетические характеристики
    • 4. 2. Газовые компоненты в составе плазменного потока
      • 4. 2. 1. Теоретический расчет
      • 4. 2. 2. Эксперимент
    • 4. 3. Влияние вдува газа на характеристики газового разряда
      • 4. 3. 1. Плазменный поток при вдуве газа
      • 4. 3. 2. Электрические характеристики
    • 4. 4. Обобщенные вольтамперные характеристики
    • 4. 5. Применение плазменного потока для газификации углеродсодержащих веществ
  • Выводы

Характеристики газового разряда между проточным электролитным катодом и металлическим анодом: со вдувом и без вдува газа (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Низкотемпературная плазма, генерируемая в газовом разряде с жидкими электролитными электродами обладает целым рядом отличительных особенностей, среди которых наиболее важное значение имеет ее неравновесность, связанная с большим отрывом электронной температуры от газовой. Не менее важным является то, что в плазме газового разряда с жидкими электролитными электродами содержится значительное количество химически активных частиц (радикалов). Такая, химически активная, неравновесная плазма имеет большие потенциальные возможности прикладного характера.

Жидкий катод преимущественно состоит из воды (99% и более), поэтому в газовом разряде с жидким электролитным катодом, плазма образуется в основном из паров воды. Перспективы практического использования пароводяной плазмы несомненныВозможность ее применения в плазмохимических процессах для переработки углеводородов была экспериментально показана в работах ряда авторов еще в 70-х и 80-х годах прошлого столетия [1−5]. Плазменные процессы с применением пароводяной плазмы разрабатывались и успешно использовались на заводах атомной промышленности СССР для утилизации радиоактивных отходов [6]. Источником плазмы служили электродуговые плазмотроны. Основной проблемой^ возникающей при эксплуатации плазмотронов, является эрозия электродов. Данная проблема отпадает при использовании для создания плазмы газового разряда с жидкими электродами.

Для большинства технологических приложений требуются плазменные потоки с достаточно большой плотностью энергии. При этом генераторы плазмы должны работать в диапазоне средних и больших мощностей (от десятков до сотни киловатт). В настоящее время в таком диапазоне мощностей газовый разряд с. жидкими электролитными электродами мало изучен. Практически отсутствуют сведения о газодинамических процессах на границе «плазма — проточный электролит» при больших значениях тока, значительно превышающих 1 А. Не исследован плазменный поток, формируемый из паров электролита в условиях вдува газа в разрядную область. Все это сдерживает разработку плазменных технологий с применением парогазовой плазмы, образуемой из паров жидкого электролита. В этой связи исследование характеристик газового разряда с проточным электролитным катодом является актуальной задачей. Данная диссертация, состоящая из четырех глав, посвящена решению этой актуальной задачи.

В первой главе дан обзор литературы по вопросам, связанным с получением, исследованием и применением пароводяной плазмы. Представлен анализ исследований газовых разрядов с жидким электролитным катодом. В конце главы сформулированы цель и задачи диссертации.

Во второй главе содержится описание экспериментальной установки и приведены методики проведения экспериментов.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований газового разряда между проточным электролитным катодом и металлическим анодом при атмосферном давлении без вдува газа.

В четвертой главе обобщены результаты экспериментальных исследований газового разряда со вдувом и без вдува газа, проанализированы процессы газообразования на катоде и в разрядной области и разработаны генераторы плазмы с проточным электролитным катодом, а также техническая система для газификации углеродсодержащих веществ.

Научная новизна диссертационной работы.

1. Существенно расширены диапазоны тока и мощности газового разряда с проточным электролитным катодом в сторону увеличения и получены его электрические и энергетические характеристики при токах (14 25) А, мощности (1−25) кВт в режимах горения со вдувом и без вдува газа.

2. Экспериментально обоснована возможность получения в газовом разряде спроточным электролитным" катодом (без вдува таза)* плазменного потока с энтальпией (4−6) МДж/кг и массовым: расходом, превышающим 1 г/с. ." •'¦". .¦.'•.¦••'•'.•'.

3. Газовый разряд с проточнымэлектролитным катодом экспериментально исследован при повышенных значениях плотности тока на-катоде:. Установлено-, что приплотностях токапревышающих 0,5 А/см2, определяющую рольв, формировании электрических и: энергетических характеристик газового^ разряда играет газодинамическое воздействие плазмькнаэлектролитныйжатод:

41 Получены обобщенные эмпирические формулы' для расчета вольтамперной характеристики газового разряда и количества газовых компонентов в составе парогазовой смеси, образуемой в процессе горения разряда.

5. Установлены закономерности влияния расхода, проточного электролита натепловые и энергетические характеристики^ газового. разряда и. показано, что варьированиемрасхода электролита, протекающего через зону действия разряда, можно повысить эффективность преобразования электрической энергии в. тепловую, энергию плазменного потока.

6. Впервые созданы и исследованы генераторы плазмы с проточным электролитным катодом (со вдувом и безвдува газа) в диапазоне мощности от 10 до 25 кВт.

7. Получены. эмпирические формулы,. позволяющие определить базовые конструктивные размеры, генераторов плазмы исходя.из.потребной мощности.. — ¦ •. ¦' .

8. Впервые экспериментально показана возможность вдува^ летучих углеродсодержащих веществ в газовый разряд с проточным электролитным катодом и их конверсии в синтез-газ. .

Практическая ценность диссертационной работы.

Результаты исследований позволяют выполнить инженерный' расчет генераторов плазмы с проточным электролитным катодом в диапазоне средних мощностей (10−25 кВт) и могут быть применены при проектировании плазменных устройств, предназначенных для создания потока пароводяной плазмы.

Экспериментальные данные могут быть использованы при разработке установок для плазменной газификации промышленных и бытовых отходов.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Результаты экспериментальных исследований характеристик газового разряда с проточным электролитным катодом в диапазонах изменения тока от 1 до 25 А и электрической мощности от 1 до 25 кВт.

2. Результаты исследований содержания газовых компонентов' в парогазовой среде, образуемой в условиях газового разряда с проточным электролитным катодом.

3. Обобщенные результаты экспериментальных исследований вольтамперных характеристик газового разряда в режимах горения со вдувом и без вдува газа.

4. Новые генераторы неравновесной плазмы на базе газового разряда с. проточным электролитным катодом со вдувом и без вдува газа.

5. Результаты апробации газового разряда с проточным электролитным катодом (со вдувом газа) для конверсии углеродсодержащих веществ в синтез-газ.

вывода.

1. Экспериментально исследован газовый разряд с проточным электролитным катодом при токах (1 — 25) А, мощности (1 — 25) кВт и.

3 1 удельной электрической проводимости электролита (0,8 — 2,7)-10″ (Ом-см)". Выявленочто при плотностях тока, превышающих 0,5 А/см, на формирование электрических и тепловых характеристик газового разряда существенное влияние оказывает деформация поверхности электролитного кaтoдaj возникающая за счет газодинамического воздействия плазменного потока на катод.. '.

2. Исследован процесс образования" газовых компонентов: в плазме газового разряда с проточным электролитным катодом. Установлено, что при использованиив качестве электролита' слабо концентрированных водныхрастворов солей в плазменном потоке преобладает водяной пара газовые компоненты не превышают 1 об.%.

3. Определены диапазоны параметров рабочего режима электролитного катода: плотность тока (0,9 — 1,0) А/см — температура электролита в зоне действияразряда (70 — 80) °С. При работе катода в таком режиме приращение энтальпии плазменного потока составляет (4,9 — 5,4) МДж/кг, а температура достигает максимально, высоких значений на значительном удалении от разряднойзоны (~1800 °С на расстоянии 40−50 мм от поверхности электролита);

4. Обобщены вольтамперные характеристики и получены зависимостипозволяющие рассчитать напряжение газового разряда. Максимальное среднеквадратичное отклонение расчетных значений напряжения от экспериментальных не превышает 10%. .

5. Разработан новый катодный узел, позволяющий минимизировать тепловые потери на электролитном катоде. Доля тепловых потерь на катоде в общем энергетическом балансе генератора плазмы снижена до (5 — 6) %.

6. Разработаны генераторы неравновесной плазмы средней мощности (10−25 кВт) на базе газового разряда с проточным электролитным катодом, тепловой КПД которых находится в пределах (0,67 — 0,72).

7. Получены эмпирические формулы, связывающие базовые конструктивные размеры газоразрядного узла, а также массового расхода электролита с мощностью генератора плазмы. Разработана методика инженерного расчета генераторов плазмы с проточным электролитным катодом.

8. Экспериментально показана ' возможность вдува летучих углеродсодержащих веществ в разрядную область и их конверсии в синтез-газ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. ИТ., Еремин E.H. Пиролиз- паров бензина' до ацетилена и олефинов в паро-водяной плазме. / Сб. «Химические реакции органических продуктов в электрических разрядах». М.: Наука, 1966. — С. 16−20.
  2. Плазмохимические реакции и процессы. / Под ред. Л. С. Полака. -М.: Наука, 1977.-320 с.
  3. Плазма в химической технологии. / Пархоменко В. Д., Сорока П. И., Краснокутский Ю. И., Пивоваров М. Н. — Киев: Техника, 1986. — 144 с.
  4. Ю. Н. Плазменные технологии в формировании нового облика промышленного производства // Вестник РАН. 2006. № 6. — С. 491−502-
  5. Gerdien Н., Lotz А. Uber eine Lichtquelle von sehr hohe Flachenheligkeit. / Wiss. Veroffentl. a. d. Siemens Konzern. — 1922. Bd.2. — S. 489−496.
  6. Maecker H. Ein Eichbogen fur hohe Leistungen- // Zeitschrift fur Physik.- 1951.-Bd. 129.-S. 108−122.
  7. Larenz R. W. Uber ein Verfahren zur Messung sehr: hoher Temperaturen in nahezu durchlassigen Bohensaulen. //Zeitschrift fur Physik. 1951. — Bd. 129.- S. 327−342. .
  8. Larenz R. W. Temperaturmessungen in der Soule eines Gerdien-Bogens. // Zeitschrift fur Physik. 1951. — Bd. 129. — S. 343−364.
  9. Jurgens G. Temperatur und. 'Elektronendichte in einem wasserstabillisierten Lichtbogen. // Zeitschrift fur Physik. 1952. Bd. 134. — S. 21−24. -
  10. Джон, Бейд, Швейгер, Иос. Использование электродуговых плазменных генераторов в качестве ракетных двигателей. // Вопросы ракетной техники. 1960. — № 8. — С. 19−29.
  11. Рудяк Э. М, Болотов A.B., Кудасов Б. М. Энергетические характеристики водяного плазмотрона. // Тезисы докладов VI Всесоюзн. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы. Фрунзе: Илим. 1974. — С. 177−180.: '' ' ч.
  12. Жидкостный плазмотрон. / РудякЭ-М, Рабинович-A.M.,.Туль Н. А. II А.с. № 700 935. СССР, МКИ3 Ы05Ы 7/18: Опубл. 1979. Бюл. № 44.
  13. Жуков М-Ф, Михайлов Б. И., Аньшаков А. С. Пароводяные^ плазмотроны для ' пиролиза и, конверсии углеводородов // Плазменная* газификацияшширолизщизкосортньсс^ углей^ Сб-науч-тр. — Mi: ИздтВо^ИНХС АН СССР? 1987. С.
  14. М.Ф., Коротеев А. С., Урюков Б. А. Прикладная динамика термической плазмы- Новосибирск:.Наука. 1975. — 178 с.
  15. М.Ф., Козлов Н. П., Пустогаров^А.В- и"др: Приэлектродныепроцессы в дуговых разрядах. Новосибирск: Наука. 1982. — 157 с. * '
  16. В. Плазменный,' пиролиз углеродистых веществ в присутствии водяногошара // ХТГ. 1978. — № 3. — С. 97−101.
  17. Sheer G., Korman S., Dongertly T.J. Arc gasificasion of coal // IV Conf. Plasma Chem. Zurich, 1979. — P. 277−294.
  18. B.K., Колобова E.A. Газификация угля> в плазме водяного пара // Теория и технологияг получения жидких, газообразных и синтетических топлив и сырьевая* база для их получения. — М.: Изд-во ИГИ. 1981. -С.71−78.
  19. Жуков М: Ф., Калиненко P.A., Левицкий A.A., Полак Л. С. Плазмохимическая переработка угля. М1.: Наука. 1990. — 200 с.
  20. .И. Перспективы использования электродуговой’пароводяной плазмы // Теплофизика и аэромеханика. — 2002. № 1.-G. 1−16.i
  21. В.Е., Устименко А. Б., Хан Л. Плазменно-паровая газификация петрококса // Материалы 4-го Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии- Иваново: Изд-во ИГХТУ. 2005. -С. 600−605.
  22. З.Б., Мессерле В. Е., Ибраев? Ш.Ш. и др. Экспериментальное исследование плазменного пиролиза бурых углей // Химия высоких энергий: 1986. — Т.20, № 1. — С. 61−67.
  23. М.И., Ибраев Ш. Ш., Мессерле В. Е. и др. Плазменная газификация углей с утилизацией минеральной части // Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей'. М-.: ЭНИН, 1987. — С. 59−70.
  24. В.П., Орулбаева Б. К., Тобояков Б. О. Технологическая схема плазменной газификации водоугольных суспензий- // Плазменнаягазификация и пиролиз низкосортных углей. М.: ЭНИН- 1987. — С. 101−110.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!