ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ГАЗООБРАЗНОМ МЕТАНЕ — ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭНЕРГОУСТАНОВОК НАЗЕМНОГО, ВОЗДУШНОГО, АЭРОКОСМИЧЕСКОГО И КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ

© К.В.Алтунин, М.Р.Абдуллин, С.Я.Коханова, Ю.С.Коханова, С.Н.Новиков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2016 г.

Запасов нефти в нашей стране осталось на 50 лет, а природного газа — на 200 лет. Именно поэтому Правительством РФ было принято решение о постепенном переводе двигателей и энергоустановок наземного, воздушного, аэрокосмического и космического базирования на газообразные углеводородные горючие и охладители. Так, в Республике Татарстан (РТ) реализуется пилотный проект по переводу дизельных базовых автомобильных и вспомогательных поршневых двигателей («КамАЗ») и судовых (река – море) поршневых и газотурбинных (ГТД) двигателей на газообразное топливо. Авиационные ГТД марки «НК» (НК-16СТ, НК-18СТ и др.) уже давно переведены на газообразное топливо и широко применяются ГАЗПРОМом на станциях газоперекачки. Создаются проекты самолётов с двигателями на природном метане. Осуществляется совместный проект России и Индии по созданию космических ракет «Рикша-1» и «Рикша-2» с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) на газообразном углеводородном горючем метане.

Однако тепловые процессы в природном метане изучены не в полном объёме. Для расширения знаний об особенностях тепловых процессов в газообразном метане были созданы экспериментальные установки и рабочие участки по естественной и вынужденной конвекции газообразного метана.

Проведенные экспериментальные исследования в условиях естественной и вынужденной конвекции газообразного метана при различных давлениях, температурах и массовых скоростях прокачки позволили получить новые результаты влияния давления и плотности теплового потока на увеличение коэффициента теплоотдачи к газообразному метану. Дальнейшие эксперименты были проведены при влиянии магнитных и электростатических полей. Установлено, что: магнитные поля очень слабо влияют на интенсификацию теплоотдачи к газообразному метану, практически не влияют на предотвращение осадкообразования на нагреваемом рабочем участке; электростатические поля (Е), наоборот, оказывают значительное влияние. Увеличение коэффициента теплоотдачи возможно: при естественной конвекции — до 180 %; при вынужденной конвекции — до 150 %. Определены границы и зоны применимости электростатических полей в условиях естественной и вынужденной конвекции газообразного метана (области насыщения (Е), граничная массовая скорость прокачки метана, при которой (Е) уже не влияют на теплоотдачу и предотвращение осадкообразования).

На основе результатов экспериментальных исследований:

– разработаны алгоритмы применения и методики расчёта электростатических полей для интенсификации теплоотдачи и предотвращения осадкообразования в условиях естественной и вынужденной конвекции газообразного метана;

– открыты возможности: смешения одновременно двух и более видов газообразных горючих, приведения их к единому новому горючему с новыми свойствами; ионизации газообразного горючего для повышения экологического качества его сжигания;

– разработаны и запатентованы: новые способы борьбы с осадкообразованием в газообразном метане; новые конструктивные схемы форсунок, фильтров, каналов, систем охлаждения двигателей и энергоустановок различного назначения и базирования; датчиков и систем контроля за тепловыми процессами.