1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 9, 2023

Теплоэнергетика, 2023, № 9, стр. 68-76

Комплексное исследование распыла перегретой воды

Ю. А. Зейгарник a, В. И. Залкинд a, В. Л. Низовский a, Л. В. Низовский a, С. С. Щигель a, И. В. Маслакова a, *

a Объединенный институт высоких температур РАН
125412 Москва, Ижорская ул., д. 13, стр. 2, Россия

* E-mail: i.v.maslakova@yandex.ru

Поступила в редакцию 02.03.2023
После доработки 27.03.2023
Принята к публикации 30.03.2023

Аннотация

Представлены результаты комплексного исследования процесса фрагментации воды, сильно перегретой относительно температуры насыщения, при ее истечении через форсунки различного типа. Разработана и отлажена система оптических измерений дисперсионной структуры факела распыла, которая базируется на измерении индикатрисы рассеяния зондирующего лазерного излучения в широком диапазоне углов (±45°) и решении обратной задачи рассеяния с помощью теории Ми. Приведены результаты масштабного экспериментального исследования дисперсионных структур факелов распыла соплами разного типа при температуре распыляемой воды 140‒260°С и давлении за срезом сопл 0.1 МПа и показана возможность тонкого распыла жидкости (капель воды диаметром 5 мкм и менее, вплоть до субмикронных) при высоких температурах. Установлено, что структура факела распыла носит явно выраженный бимодальный характер: капли диаметром 5‒8 мкм сочетаются с субмикронной модой. С ростом температуры распыляемой воды доля субмикронной моды возрастает, достигая 60‒65% (по массе) при температуре 240‒260°С для цилиндрических сопл и 80‒90% для конфузорно-диффузорных сопл. При впрыске воды в компрессор газотурбинной установки (ГТУ) с промышленной турбиной ТВ3-117 продемонстрирована возможность дополнительного регулирования пиковой мощности. Она составляет 4–8% на каждый 1% расхода воды (по отношению к расходу воздуха). Качество регулирования мощности отвечает требованиям сетевых стандартов ЕС России. Технология распыла перегретой воды находит все более широкое применение в практике пожаротушения на объектах энергетики, в замкнутых помещениях, при проливе нефтепродуктов, операциях с сжиженным газом и других ситуациях.

Ключевые слова: распыл жидкости, перегретая вода, дисперсная структура факела распыла, бимодальное распределение капель по диаметру, впрыск воды в компрессор ГТУ, взрывное вскипание, обратная задача рассеяния

Список литературы

  1. Jonsson M., Yan J. Humidified gas turbines – a review of proposed and implemented cycles // Energy. 2005. V. 30. P. 1013–1078.

  2. Арсеньев Л.В., Беркович А.Л. Параметры газотурбинных установок с впрыском воды в компрессор // Теплоэнергетика. 1996. № 4. С. 18–22.

  3. Раушенбах Б.В. Физические основы процесса в камерах сгорания ВРД. М.: Машиностроение, 1964.

  4. Chacker M., Meher C.B., Mee T. Inlet fogging of gas turbine engines. Part 2: Fog droplet sizing analysis, nozzle types, measurment and testing // ASME J. Eng. Gas Turbines Power. 2004. V. 126. No. 3. P. 550–570.

  5. The TopHat turbine cycle / Modern Power Systems // Gas Turbine Technologies. Apr. 2001. P. 35–37. https://www.modernpowersystems.com/features/featurethe-tophat-turbine-cycle/

  6. Распыление перегретой воды: результаты экспериментальных исследований / Л.А. Домбровский, В.И. Залкинд, Ю.А. Зейгарник, Д.В. Мариничев, В.Л. Низовский, А.А. Оксман, К.А. Ходаков // Теплоэнергетика. 2009. № 3. С. 12–20.

  7. Dombrovsky L.A. Radiation heat transfer in disperse systems. N.Y.: Begell House, 1996.

  8. Van de Hulst H.C. Light scattering by small particles. N.Y.: Dover Publications, 1981.

  9. Bohren C.F., Huffman D.R. Absorption and scattering of light by small particles. Chichester: Wiley Science Paperback Series, 1998.

  10. Шифрин К.С. Существенная область углов рассеяния при измерении распределения частиц по размерам методом малых углов // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. 1966. Т. 11. № 9. С. 928–932.

  11. Мариничев Д.М. Экспериментальное исследование тонкодисперсного распыла перегретой воды: дис. … канд. техн. наук. М., 2013.

  12. Dumouchell C., Yangyingsakthavorn P., Cousin J. Light multiple scattering correction of laser-diffraction spray drop-size distribution measurements // Int. J. Multiphase Flow. 2009. V. 35. P. 277–287.

  13. О природе бимодального распределения капель по размерам при распыле перегретой воды / В.Б. Алексеев, В.И. Залкинд, Ю.А. Зейгарник, Д.В. Мариничев, В.Л. Низовский, Л.В. Низовский // ТВТ. 2015. Т. 53. № 2. С. 221–224.

  14. Кумзерова E.Ю. Численное исследование образования и роста пузырей пара в условиях падения давления жидкости: дис. … канд. физ.-мат. наук. СПб., 2012.

  15. Some peculiarities of superheated water flow in contracting-expanding nozzles and their influence on droplet dimension distribution in an atomized water plume / V.I. Zalkind, Yu. A. Zeigarnik, V.L. Nizovskiy, L.V. Nizovskiy, S.S. Schigel // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1359. P. 012034. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1359/1/012034

  16. Features of metastable superheated water atomization when being discharged through convergent-divergent nozzles at different superheat values / V.I. Zalkind, Yu. A. Zeigarnik, V.L. Nizovskiy, L.V. Nizovskiy, S.S. Schigel // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2088. Is. 1. P. 012054. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2088/1/012054

  17. Specific features of evolution of dense atomized superheated water plumes and peculiarities of its diagnostics / V.I. Zalkind, Yu. A. Zeigarnik, V.L. Nizovskiy, L.V. Nizovskiy, S.S. Schigel // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2057. Is. 1. P. 012045. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2057/1/012045

  18. Исследование распыла перегретой воды через расширяющееся сопло: Тезисы докл. / В.И. Залкинд, Ю.А. Зейгарник, В.Л. Низовский, Л.В. Низовский, С.С. Щигель // VII Всерос. науч. конф. “Теплофизика и физическая гидродинамика”. Сочи, 5–14 сентября 2022 г. Новосибирск: ИТТФ, 2022.

  19. Kedrinsrii V.K. The Iordansky-Kogarko – van Wijngaarden model: shock and rarefaction wave interactions in Bubly Media // Appl. Sci. Res. 1998. V. 58. P. 115–130. https://doi.org/10.1023/A:1000761931688

  20. Исследование распыла перегретой воды в конфузорно-диффузорном сопле; особенности гетерогенной нуклеации / В.И. Залкинд, Ю.А. Зейгарник, В.Л. Низовский, Л.В. Низовский, С.С. Щигель // Материалы Восьмой Рос. нац. конф. по теплообмену (РНКТ-8). Москва, 17–22 окт. 2022 г. М.: Изд-во МЭИ, 2022. Т. 1. С. 413–414.

  21. Сравнение моделей гетерогенной нуклеации при вскипании перегретой воды в конфузорно-диффузорном сопле: Тезисы докл. / В.И. Залкинд, Ю.А. Зейгарник, В.Л. Низовский, Л.В. Низовский, С.С. Щигель // VII Всерос. науч. конф. “Теплофизика и физическая гидродинамика”. Сочи, 5–14 сентября 2022 г. Новосибирск: ИТТФ, 2022.

  22. Crampsie S. Wet compression boost for power output and efficiency // Gas Turbine World. 2012. March–April.

  23. A study of performance on advanced humid air turbine systems / S. Higuchi, S. Hatamiya, N. Seiki, S Marushima // Proc. of the Intern. Gas Turbine Congress. Tokyo, 2–7 Nov. 2003.

  24. Inlet fogging and overspray impact on industrial gas turbine life and performance / K. Brun, R. Kurtz, M. Nored, J. Thorp // Proc. of the 2nd Middle East Turbomachinery Symp. Doha, Quatar, 17–20 March 2013.

  25. Комплексная парогазовая установка с впрыском пара и теплонасосной установкой (ПГУМЭС-60) для АО “Мосэнерго” / О.Н. Фаворский, В.М. Батенин, В.Е. Беляев, В.Ю. Васютинский, И.Т. Горюнов, Ю.С. Елисеев, Ю.А. Зейгарник, А.С. Косой, В.М. Масленников, А.К. Маханьков, С.И. Пищиков, А.Н. Ремезов, М.В. Синкевич, Ю.Н. Соколов // Теплоэнергетика. 2001. № 9. С. 50–58.

  26. Экспериментальное и сследование характеристик газотурбинной установки ТВ3-117 при впрыске перегретой воды в компрессор / О.Н. Фаворский, В.Б. Алексеев, В.И. Залкинд, Ю.А. Зейгарник, П.П. Иванов, Д.В. Мариничев, В.Л. Низовский, Л.В. Низовский // Теплоэнергетика. 2014. № 5. С. 60–68. https://doi.org/10.1134/S0040363614050026

  27. СТО СО-ЦДУ ЕЭС 001-2005. Нормы участия энергоблоков ТЭС в нормированном первичном и автоматическом вторичном регулировании частоты. М.: СО-ЦДУ ЕЭС, 2005.

  28. Пряничников А.В., Роенко В.В., Бондарев Е.Б. Тушение проливов нефти и нефтепродуктов метастабильными парокапельными струями // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение и ликвидация. 2015. № 4. С. 7–12.

  29. Роенко В.В., Пряничников А.В., Бондарев Е.Б. Применение температурно-активированной воды для тушения турбинных масел на объектах энергетики // Технологии техносферной безопасности. 2015. № 4 (62). С. 84–93.

  30. Ищенко А.Д., Роенко В.В., Малыгин И.Г. Эксперименты тушения пожаров энергетических установок и помещений судов (кораблей) водной средой объемным способом // Морские интеллектуальные технологии. 2018. Т. 1. № 3 (41). С. 128–133.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал