RU2594935C1 - Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium - Google Patents

Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium Download PDF

Info

Publication number
RU2594935C1
RU2594935C1 RU2015140846/06A RU2015140846A RU2594935C1 RU 2594935 C1 RU2594935 C1 RU 2594935C1 RU 2015140846/06 A RU2015140846/06 A RU 2015140846/06A RU 2015140846 A RU2015140846 A RU 2015140846A RU 2594935 C1 RU2594935 C1 RU 2594935C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
tube
ignition
fuel
incandescent
Prior art date
Application number
RU2015140846/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Павлович Зима
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ)
Priority to RU2015140846/06A priority Critical patent/RU2594935C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2594935C1 publication Critical patent/RU2594935C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

FIELD: mechanics.
SUBSTANCE: invention relates to mechanization when carrying out underwater and technical, rescue and ship-raising works using fuel gas generator. Method of ignition of the solid chemically active fuel (SCAF) in the liquid environment includes using a heating element in the form of incandescent tube, made by dense winding of wire with high ohmic resistance. Tube is installed in the channel made in the fuel box. Channel is made vertical with open bottom end, the incandescent tube is tightly installed in the upper end of the channel located in the mass of fuel, and the current-carrying conductor fixed on upper end of incandescent tube is removed on the inner cavity of the incandescent tube to outside. Length LK channel is made while observing condition L K = 3 Δ
Figure 00000049
, where Δ
Figure 00000050
- is the length of incandescent tube, and diameter of channel dK is executed with the condition 4 d п р < d K < 12 d п р
Figure 00000051
, where d п р
Figure 00000007
- is the diameter of wire.
EFFECT: technical result is increase of reliability of ignition of SCAF in the fluid environment and decrease energy cost due to effective use of the crisis modes of liquid boiling.
3 cl, 6 dwg
пр - etc

Description

Изобретение относится к средствам механизации при проведении подводно-технических, аварийно-спасательных и судоподъемных работ с использованием топливных газогенераторов.The invention relates to mechanization when conducting underwater technical, rescue and ship lifting operations using fuel gas generators.

Известен способ зажигания бескорпусного твердого топливного газогенератора в жидкой среде. В способе блок твердого химически активного топлива поджигается электрическим нагревателем, а именно, спиралью накаливания, выполненной из материала с высоким омическим сопротивлением. Ее плотно устанавливают в технологическое углубление, предусмотренное в блоке твердого топлива. Затем углубление с расположенной в нем спиралью герметизируют (Прострелочные и взрывные работы в скважинах: Учебник для техникумов /Н. Г. Григорян и др. - 2-е изд. перераб. - М.: Недра, 1980. С. 136-137).A known method of ignition of a frameless solid fuel gas generator in a liquid medium. In the method, a block of solid chemically active fuel is ignited by an electric heater, namely, an incandescent spiral made of a material with high ohmic resistance. It is tightly installed in the technological recess provided in the block of solid fuel. Then the recess with the spiral located in it is sealed (Rifle and blasting in wells: Textbook for technical schools / N. G. Grigoryan et al. - 2nd ed. Revised. - M .: Nedra, 1980. P. 136-137) .

Недостаток способа заключается в отсутствии свободного объема в зоне спирали накаливания, поскольку при зажигании твердого топлива образующиеся продукты горения создают высокое давление, и если механические характеристики топлива недостаточны, то блок твердого топлива разрушается и дальнейший процесс горения прекращается. С другой стороны, за счет высокого давления может разрушиться герметизирующий состав, и спираль накаливания под действием этого давления выбросится в окружающую среду. Резкий сброс давления в свою очередь приведет к разрушению реакционного слоя твердого топлива, срыву пламени, что также приводит к прекращению горения. Подобный эффект резкого сброса давления используется в ракетной технике, когда возникает необходимость быстрого прекращения горения топлива в ракетном двигателе.The disadvantage of this method is the lack of free volume in the zone of the incandescent spiral, since when the solid fuel is ignited, the resulting combustion products create high pressure, and if the mechanical characteristics of the fuel are insufficient, the solid fuel block is destroyed and the further combustion process stops. On the other hand, due to the high pressure, the sealing compound may be destroyed, and the incandescent spiral will be released into the environment under the influence of this pressure. A sharp pressure drop, in turn, will lead to the destruction of the reaction layer of solid fuel, flame failure, which also leads to the cessation of combustion. A similar effect of a sharp pressure relief is used in rocket technology, when it becomes necessary to quickly stop the combustion of fuel in a rocket engine.

Известен способ подрыва заряда взрывчатого вещества (ВВ) при выполнении подводно-технических работ для разрушения камней и скального грунта, например, при снятии судов с мели (Дунаевский Я.И. Снятие судов с мели /2-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1984 г. - С. 80-81). Для этого в заряде ВВ сверлят отверстие, в него устанавливают электродетонатор, затем засыпают песком и сверху заливают мастикой.There is a method of detonating an explosive charge (BB) when performing underwater technical work to destroy stones and rocky soil, for example, when removing ships from the shallows (Ya. I. Dunaevsky. Removing ships from the shallows / 2nd ed. Revised and added. - M .: Transport, 1984 - S. 80-81). For this, a hole is drilled in the explosive charge, an electric detonator is installed in it, then it is covered with sand and filled with mastic from above.

Недостаток способа заключается в сложной многозвенной системе герметизации. Кроме того, мастика заливки может иметь трещины, через которые окружающая вода может проникнуть к электродетонатору и вызвать отказ в работе, то есть подрыва заряда ВВ. Под действием гидростатического давления окружающей среды мастика может сжиматься и выдавливаться, что ускоряет попадание воды в отверстие, где установлен электродетонатор. Соответственно будет отказ в инициировании ВВ.The disadvantage of this method is a complex multi-link sealing system. In addition, the fill mastic may have cracks through which the surrounding water can penetrate to the electric detonator and cause a failure in operation, that is, undermining the explosive charge. Under the influence of hydrostatic environmental pressure, the mastic can be compressed and squeezed out, which accelerates the ingress of water into the hole where the electric detonator is installed. Accordingly, there will be a refusal to initiate explosives.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ зажигания блока твердого химически активного топлива газогенератора в жидкой среде, когда зажигание осуществляют с помощью спирали накаливания, выполненной из материала с высоким омическим напряжением (Патент №2537644 (RU), МПК F23Q7/02. Способ зажигания твердого химически активного топлива в жидкой среде). Способ выбран за прототип.Closest to the proposed technical solution is a method of igniting a block of solid chemically active gas generator fuel in a liquid medium, when ignition is carried out using an incandescent spiral made of a material with high ohmic voltage (Patent No. 2537644 (RU), IPC F23Q7 / 02. Method of ignition of a solid reactive fuel in a liquid medium). The method selected for the prototype.

В способе-прототипе нагревательный элемент выполняют в виде полой трубки накаливания путем плотной намотки проволоки, имеющей высокое омическое сопротивление. В свою очередь в блоке твердого топлива, в его диаметральной плоскости, выполняют негерметичный открытый с двух сторон горизонтальный канал диаметром, соответствующим внешнему диаметру трубки накаливания, которую плотно устанавливают в этом канале. Зажигание топлива основано на создании кризисных условий кипения жидкости [4], заполняющей канал и полость трубки накаливания при подаче на трубку накаливания электрического импульса от источника тока (Закон Джоуля-Ленца).In the prototype method, the heating element is made in the form of a hollow incandescent tube by tightly winding a wire having high ohmic resistance. In turn, in the block of solid fuel, in its diametrical plane, an unpressurized horizontal channel open on both sides is made with a diameter corresponding to the outer diameter of the glow tube, which is tightly installed in this channel. Ignition of the fuel is based on the creation of crisis conditions for the boiling of a liquid [4], filling the channel and the cavity of the incandescent tube when an electric impulse is supplied to the incandescent tube from a current source (Joule-Lenz law).

Недостаток прототипа заключается в энергоемкости способа, поскольку для формирования кризисных условий кипения жидкости необходима мощность, развиваемая на трубке накаливания порядка 120÷180 Вт, что не всегда возможно при использовании источников тока на автономных устройствах.The disadvantage of the prototype is the energy intensity of the method, since the formation of the crisis conditions of boiling liquid requires power developed on an incandescent tube of the order of 120 ÷ 180 W, which is not always possible when using current sources on stand-alone devices.

Кроме того, способ зажигания твердого химически активного топлива, находящегося в жидкой среде, зависит от его расположения в окружающей среде. Так при отклонении негерметичного канала от горизонтальной плоскости относительно вектора силы тяжести вероятность зажигания блока ТХАТ снижается. При достижении угла наклона φ к р и т

Figure 00000001
зажигание блока ТХАТ не представляется возможным, поскольку образующиеся при кипении паровые пузырьки под действием силы Архимеда начнут подниматься от трубки накаливания вверх по каналу к его верхнему концу и истекать в окружающую среду, а через другую открытую сторону канала в него и в зону трубки накаливания будут поступать новые порции жидкости. При этом будет идти процесс кипения жидкости без формирования критических условий кипения, соответственно трубка накаливания не будет блокироваться, зажигание стенок канала блока ТХАТ не произойдет.In addition, the method of ignition of a solid chemically active fuel in a liquid medium depends on its location in the environment. So, when the leaky channel deviates from the horizontal plane relative to the gravity vector, the probability of ignition of the TXAT block decreases. Upon reaching the angle of inclination φ to R and t
Figure 00000001
ignition of the ТХАТ block is not possible, since the vapor bubbles formed during boiling under the action of the Archimedes force will begin to rise from the incandescent tube up the channel to its upper end and flow into the environment, and through the other open side of the channel, it and into the zone of the glow tube new servings of liquid. In this case, the process of boiling the liquid will take place without the formation of critical boiling conditions, respectively, the glow tube will not be blocked, ignition of the channel walls of the TXAT block will not occur.

Задачей изобретения является повышение надежности зажигания ТХАТ в жидкой среде при одновременном снижении энергетических затрат за счет использования кризисных режимов кипения жидкости.The objective of the invention is to increase the reliability of ignition TXAT in a liquid medium while reducing energy costs through the use of crisis modes of boiling liquid.

Поставленная задача решается тем, что в способе зажигания ТХАТ в жидкой среде, включающем использование нагревательного элемента в виде трубки накаливания, выполненной путем плотной намотки проволоки с высоким омическим сопротивлением, которую устанавливают в канал, выполненный в блоке твердого химически активного топлива, в отличие от прототипа канал выполняют вертикальным с открытым нижним концом, трубку накаливания плотно устанавливают у верхнего конца канала, расположенного в массе топлива, а токоведущий проводник, закрепленный на верхнем торце трубки накаливания, выводят по внутренней полости трубки накаливания наружу.The problem is solved in that in the method of igniting TXAT in a liquid medium, including the use of a heating element in the form of an incandescent tube, made by tightly winding a wire with high ohmic resistance, which is installed in a channel made in a block of solid chemically active fuel, in contrast to the prototype the channel is vertical with an open lower end, the glow tube is tightly installed at the upper end of the channel located in the mass of fuel, and the current-carrying conductor is fixed and the upper end of the tube filament is output by the internal cavity of the tube filament to the outside.

В частных случаях длину канала L K

Figure 00000002
выполняют при соблюдении условия L K = 3 Δ
Figure 00000003
, где Δ
Figure 00000004
- длина трубки накаливания, а диаметр канала d K
Figure 00000005
выполняют при соблюдении условия 4 d п р < d K < 12 d п р
Figure 00000006
, где d п р
Figure 00000007
- диаметр проволоки.In particular cases, the channel length L K
Figure 00000002
performed subject to conditions L K = 3 Δ
Figure 00000003
where Δ
Figure 00000004
- the length of the glow tube, and the diameter of the channel d K
Figure 00000005
performed subject to conditions four d P R < d K < 12 d P R
Figure 00000006
where d P R
Figure 00000007
- The diameter of the wire.

Сущность способа поясняется фиг.1-6.The essence of the method is illustrated in figures 1-6.

На фиг. 1 показано исходное состояние (а) системы до подачи на трубку накаливания электрического импульса; промежуточная стадия (б), когда идет формирование паровой полости; стадия (в) блокирования трубки накаливания паровой полостью, обеспечивающей создание кризисных условий кипения жидкости. Обозначения: 1 - трубка накаливания (спираль плотной намотки); 2 - блок ТХАТ; 3 - вертикально ориентированный негерметичный канал; 4 - токопроводящие провода; 5 - жидкая среда; 6 - паровая полость.In FIG. 1 shows the initial state (a) of the system before applying an electric impulse to the glow tube; the intermediate stage (b), when the formation of the vapor cavity; stage (c) blocking the incandescent tube with a steam cavity, providing the creation of crisis conditions for boiling liquid. Designations: 1 - glow tube (tight winding spiral); 2 - block THAT; 3 - vertically oriented leaky channel; 4 - conductive wires; 5 - liquid medium; 6 - steam cavity.

На фиг. 2 представлена схема экспериментальной установки и фрагменты формирования и развития парового объема при нагревании трубки накаливания электрическим током (б). Цифрами обозначены: 7 - ванночка с жидкостью; 8 - термопара; 9 - державка со стрелкой; 10 - автоматизированная система сбора регистрации результатов; 11 - модель, выполненная из оргстекла; 12 - угломер; 13 - стадия зарождения активных паровых центров; 14 - формирование паровой полости; 15 - стадия заполнения канала паром; 16 - освобождение канала и блокирование трубки накаливания от жидкости.In FIG. Figure 2 shows the experimental setup and fragments of the formation and development of the vapor volume during heating of a glow tube by electric current (b). The numbers indicate: 7 - a bath with liquid; 8 - thermocouple; 9 - holder with arrow; 10 - an automated system for collecting results registration; 11 - model made of plexiglass; 12 - goniometer; 13 - stage of nucleation of active steam centers; 14 - the formation of the vapor cavity; 15 - stage of filling the channel with steam; 16 - release of the channel and blocking the glow tube from the liquid.

На фиг. 3 приведена зависимость времени зажигания t з

Figure 00000008
ТХАТ от мощности W, развиваемой на трубке накаливания (диаметр проволоки d п р = 0,5 10 3
Figure 00000009
м).In FIG. 3 shows the dependence of the ignition time t s
Figure 00000008
THAT from the power W developed on the glow tube (wire diameter d P R = 0.5 10 - 3
Figure 00000009
m).

На фиг. 4 приведена зависимость температуры T при нагреве стенок канала от затрачиваемой энергии А. Кривая 1 характеризует изменение температуры для вертикального канала с заглушенным концом, кривая 2 характерна для негерметичного канала (прототип).In FIG. Figure 4 shows the dependence of temperature T during heating of the channel walls on the expended energy A. Curve 1 characterizes the temperature change for a vertical channel with a blanked end, curve 2 is typical for an unpressurized channel (prototype).

На фиг. 5 приведена зависимость времени зажигания t з

Figure 00000008
от мощности W, развиваемой на трубке накаливания при разной высоте h
Figure 00000010
ее размещения от открытого конца канала.In FIG. 5 shows the dependence of the ignition time t s
Figure 00000008
from the power W developed on the glow tube at different heights h
Figure 00000010
its placement from the open end of the channel.

На фиг. 6 приведена зависимость времени зажигания t з

Figure 00000008
от угла наклона φ
Figure 00000011
. Кривая 1 иллюстрирует зависимость времени зажигания t з
Figure 00000008
для способа по изобретению. Кривая 2 приведена для сравнения времени зажигания t з
Figure 00000008
по способу-прототипу.In FIG. 6 shows the dependence of the ignition time t s
Figure 00000008
from the angle of inclination φ
Figure 00000011
. Curve 1 illustrates the dependence of the ignition time t s
Figure 00000008
for the method according to the invention. Curve 2 is shown to compare the ignition time. t s
Figure 00000008
by the prototype method.

Снижение энергетических затрат в предлагаемом техническом решении основано на создании дополнительного парового объема у заглушенного конца канала за счет поступления образующихся паровых пузырьков в центрах парообразования на поверхности трубки накаливания, когда на нее подают электрический ток [4]. Под действием силы Архимеда они всплывают вверх по каналу и накапливаются у заглушенного конца канала, образуя паровую полость еще до формирования пузырькового режима кипения. Образующиеся при пузырьковом кипении (первый кризисный режим) [4] паровые включения увеличивают паровой объем, оттесняют жидкость от трубки накаливания, что способствует быстрому переходу от пузырькового режима кипения жидкости ко второму кризисному режиму кипения (пленочному). При пленочном режиме кипения коэффициент теплоотдачи резко падает, а температура трубки и, соответственно, плотно примыкающих к ней стенок канала возрастает до температуры зажигания ТХАТ. Зажигание будет наиболее стабильным и устойчивым при выполнении условия: L k = 3 Δ

Figure 00000012
, где L k
Figure 00000013
- длина канала; Δ
Figure 00000014
- длина трубки накаливания.The reduction of energy costs in the proposed technical solution is based on the creation of additional steam volume at the plugged end of the channel due to the formation of steam bubbles in the centers of vaporization on the surface of the incandescent tube when an electric current is supplied to it [4]. Under the influence of the Archimedes force, they float up the channel and accumulate at the muffled end of the channel, forming a vapor cavity even before the formation of the bubble boiling regime. Steam inclusions generated during bubble boiling (the first crisis mode) [4] increase the steam volume, push the liquid away from the incandescent tube, which contributes to the rapid transition from the bubble liquid boiling mode to the second crisis boiling mode (film). In the film boiling regime, the heat transfer coefficient drops sharply, and the temperature of the tube and, correspondingly, the channel walls that are closely adjacent to it, increases to the ignition temperature of the TXAT. Ignition will be the most stable and stable under the condition: L k = 3 Δ
Figure 00000012
where L k
Figure 00000013
- channel length; Δ
Figure 00000014
- the length of the glow tube.

При L k < 3 Δ

Figure 00000015
идет интенсивный теплообмен между трубкой накаливания и окружающей блок ТХАТ жидкой средой. При этом тепло теряется, и развиваемой на трубке накаливания мощности может оказаться недостаточно для формирования кризисных режимов кипения, а увеличение потребляемой мощности связано с ростом энергозатрат. Кроме того, при увеличении потребляемой мощности возрастает вероятность перегорания трубки накаливания, соответственно, следует аварийный отказ зажигания ТХАТ.At L k < 3 Δ
Figure 00000015
Intensive heat exchange takes place between the incandescent tube and the surrounding liquid THAT unit. In this case, heat is lost, and the power developed on the incandescent tube may not be enough for the formation of crisis boiling conditions, and the increase in power consumption is associated with an increase in energy consumption. In addition, with an increase in power consumption, the likelihood of a burn-out of the glow tube increases, respectively, followed by an emergency ignition failure of the TXAT.

При L k > 3 Δ

Figure 00000016
вытесняемая паровым объемом жидкость может находиться в канале в то время, когда топливо уже зажглось и горит. В этом случае образующиеся высокотемпературные продукты горения ТХАТ начинают интенсивно заполнять канал, а поскольку скорость их образования будет превышать скорость перемещения жидкости в канале, в газовой полости возрастает давление. За счет роста давления возможен «снарядный» выброс жидкости, что приведет к резкому сбросу давления в канале, при этом окружающая блок ТХАТ жидкость под воздействием гидростатического давления практически сразу же заполнит канал, и процесс горения прекратится.At L k > 3 Δ
Figure 00000016
the liquid displaced by the steam volume may be in the channel at a time when the fuel has already been ignited and burned. In this case, the resulting high-temperature combustion products of TXAT begin to intensively fill the channel, and since the rate of their formation will exceed the rate of fluid movement in the channel, the pressure in the gas cavity increases. Due to the increase in pressure, a "shell" discharge of liquid is possible, which will lead to a sharp release of pressure in the channel, while the liquid surrounding the TXAT block under the influence of hydrostatic pressure will almost immediately fill the channel, and the combustion process will stop.

Зажигание ТХАТ зависит и от диаметра канала d k

Figure 00000017
, выбираемого по соотношению: 4 d п р < d k < 12 d п р
Figure 00000018
, где d п р
Figure 00000019
- диаметр проволоки с высоким омическим сопротивлением, из которой выполняется трубка накаливания.THAT ignition also depends on the diameter of the channel d k
Figure 00000017
, selected by the ratio: four d P R < d k < 12 d P R
Figure 00000018
where d P R
Figure 00000019
- the diameter of the wire with high ohmic resistance, from which the glow tube is made.

При d k < 4 d п р

Figure 00000020
изготовление трубки накаливания путем плотной намотки проволоки затруднено, поскольку начинают проявляться упругие свойства ее материала. Кроме того, монтаж токоведущего проводника к верхнему торцу трубки по ее внутренней полости также затруднен, поскольку диаметр внутреннего канала будет слишком мал.At d k < four d P R
Figure 00000020
the manufacture of an incandescent tube by tightly winding the wire is difficult, since the elastic properties of its material begin to appear. In addition, the installation of a current-carrying conductor to the upper end of the tube along its inner cavity is also difficult, since the diameter of the inner channel will be too small.

При d k > 12 d п р

Figure 00000021
внутренний объем канала в трубке накаливания заполнится большей массой жидкости. Создание кризисных режимов кипения в этом случае связано с необходимостью изменения мощности трубки накаливания, причем в сторону увеличения, что, в свою очередь, приводит к увеличению затрат электроэнергии, расходуемой на формирование кризисных режимов кипения жидкости. Причем не исключается вероятность разрушения трубки накаливания при протекании по ней большого тока.At d k > 12 d P R
Figure 00000021
the internal volume of the channel in the glow tube is filled with a larger mass of liquid. The creation of crisis modes of boiling in this case is associated with the need to change the power of the glow tube, and upward, which, in turn, leads to an increase in the cost of electricity spent on the formation of crisis modes of boiling liquid. Moreover, the probability of destruction of the incandescent tube when a large current flows through it is not excluded.

Выполнение канала с одним заглушенным концом позволяет снизить влияние ориентации на процесс зажигания стенок канала при отклонении блока ТХАТ от вертикального положения относительно вектора силы тяжести на угол φ

Figure 00000022
, значение которого меняется в диапазоне 0 φ 90 0 C
Figure 00000023
. При φ = 0
Figure 00000024
канал ориентирован вертикально по вектору силы тяжести открытым концом вниз. Зажигание ТХАТ устойчиво. При ϕ = 90 0 C
Figure 00000025
канал и соответственно трубка накаливания занимают горизонтальное положение, перпендикулярное вектору силы тяжести, и паровые массы под действием силы Архимеда начинают частично истекать в окружающую жидкую среду. Вероятность зажигания стенок канала при таком положении канала снижается. Увеличение мощности, развиваемой на трубке накаливания, способно обеспечить зажигание даже при φ 90 0
Figure 00000026
, но это связано с ростом энергетических затрат, вероятность разрушения материала трубки накаливания возрастает. Надежность и эффективность зажигания снижается.The implementation of the channel with one muffled end allows you to reduce the influence of orientation on the ignition process of the channel walls when the block TXAT from a vertical position relative to the gravity vector at an angle φ
Figure 00000022
whose value varies in the range 0 φ 90 0 C
Figure 00000023
. At φ = 0
Figure 00000024
the channel is oriented vertically along the gravity vector with the open end down. THAT ignition is steady. At ϕ = 90 0 C
Figure 00000025
the channel and, accordingly, the incandescent tube occupy a horizontal position perpendicular to the gravity vector, and the vapor masses under the action of Archimedes force begin to partially flow into the surrounding liquid medium. The probability of ignition of the channel walls at this position of the channel is reduced. An increase in the power developed on the glow tube can provide ignition even at φ 90 0
Figure 00000026
, but this is associated with an increase in energy costs, the probability of destruction of the material of the glow tube increases. Reliability and efficiency of ignition is reduced.

Осуществление способа поясняется примером.The implementation of the method is illustrated by example.

Из проволоки, имеющей высокое омическое сопротивление, плотно, виток к витку, навивается спираль в виде трубки накаливания 1 (см. фиг.1). Затем в нижней части образца ТХАТ 2 выполняется параллельно вектору силы тяжести канал 3, один конец которого открыт, а другой заканчивается в массе образца. Диаметр канала 3 равен внешнему диаметру трубки накаливания 1. Затем трубка накаливания 1 с токоведущими проводами 4 плотно устанавливается в канале 3 непосредственно у конца канала, находящегося в массе образца 2, один из проводов выводится наружу по полости трубки накаливания.From a wire having high ohmic resistance, a spiral is wound tightly to the coil, in the form of an incandescent tube 1 (see figure 1). Then, in the lower part of the sample, TXAT 2 runs parallel to the vector of gravity channel 3, one end of which is open, and the other ends in the mass of the sample. The diameter of the channel 3 is equal to the outer diameter of the filament tube 1. Then, the filament tube 1 with current-carrying wires 4 is tightly installed in the channel 3 directly at the end of the channel located in the mass of sample 2, one of the wires is brought out through the cavity of the filament tube.

Собранную подобным образом систему зажигания погружают в жидкость 5, которая заполняет канал 3 и полость трубки 1 (фиг. 1, а). На трубку накаливания 1 подается электросигнал от источника тока (не показан). Высокоомная проволока разогревается (Закон Джоуля-Ленца), за счет этого в трубке накаливания, на ее внутренней поверхности, образуются активные паровые центры в виде пузырьков. Под действием силы Архимеда они, отрываясь от поверхности трубки, сосредотачиваются у верхнего конца 3 и формируют паровую полость (фиг. 1, б). При пузырьковом кипении паровые включения увеличиваются и интенсивно начинают поступать в уже подготовленную паровую полость, освобождая трубку накаливания. За счет этого происходит быстрая смена пузырькового режима кипения на пленочный (фиг. 1, в). Соответственно коэффициент теплоотдачи резко падает, температура трубки накаливания и температура контактирующей с ней поверхности стенок канала возрастает. При достижении температуры зажигания ТХАТ воспламеняется.A similarly assembled ignition system is immersed in a liquid 5, which fills the channel 3 and the cavity of the tube 1 (Fig. 1, a). An glow signal 1 is supplied with an electrical signal from a current source (not shown). The high-resistance wire is heated (Joule-Lenz law), due to this, active vapor centers in the form of bubbles form in the glow tube on its inner surface. Under the action of the Archimedes force, they, breaking away from the surface of the tube, concentrate at the upper end 3 and form a vapor cavity (Fig. 1, b). With bubble boiling, steam inclusions increase and intensively begin to flow into the already prepared steam cavity, releasing the glow tube. Due to this, there is a rapid change in the bubble mode of boiling on film (Fig. 1, c). Accordingly, the heat transfer coefficient drops sharply, the temperature of the filament tube and the temperature of the surface of the channel walls in contact with it increase. When the ignition temperature is reached, the TXAT ignites.

Испытания способа по предлагаемому техническому решению проводились на лабораторной установке, представленной на фиг. 2. Модели канала выполнялись из оргстекла (фиг. 2б, фрагменты I - V) с оптически прозрачными стенками, и ТХАТ. В ванночку 7, имеющую оптически прозрачные стенки, на державке 9 помещалась модель канала 3. Нагрев стенок канала фиксировался хромель-алюмелевой термопарой 8 (диаметр спая 200 мкм), внедренной в стенку канала 3. Сигнал с термопары подавался на автоматизированную систему сбора и регистрации результатов 10. На трубку накаливания 1 по токоведущим проводам подавался электросигнал от источника ВСА-5К (на схеме не показан). Для визуального наблюдения за развитием процесса в прозрачные боковые стенки ванночки 7 монтировались оптические линзы (на чертеже не показаны). Трубка накаливания 1 выполнялась из нихромовой проволоки диаметром 0,5 10 3

Figure 00000027
м длиной 0,15 м. Мощность, развиваемая на трубке накаливания 1, варьировалась в пределах 4 180
Figure 00000028
Вт. Качественная картина развития процесса зажигания получена на модели цилиндрического канала, выполненного из оргстекла и имеющего один заглушенный конец. Длина канала 3, приведенного на фиг. 2, равнялась L К = 5 10 2
Figure 00000029
м, диаметр канала d К = 1,2 10 2
Figure 00000030
м. Стенки канала полировались. Результаты приведены на фиг. 2б. Фрагмент I соответствует начальному положению. Канал заполнен жидкостью (водой), электросигнал на трубку накаливания 1 не подан ( t = 0
Figure 00000031
c). Через t = 0,6
Figure 00000032
с от момента подачи электросигнала (фрагмент II) образуются активные центры парообразования, которые под действием силы Архимеда начинают сосредотачиваться у заглушенного конца канала. В этот момент уже начинает формироваться паровая полость. Через t = 1,3
Figure 00000033
с (фрагмент III), когда формируется пузырьковое кипение [4] идет интенсивное поступление паровых включений к уже созданной паровой полости. Трубка накаливания практически полностью блокирована от жидкости (фрагмент IV). Создается пленочный режим кипения ( t = 4,0
Figure 00000034
с). На фрагменте V видно, что через t = 7,8
Figure 00000035
с канал полностью освобождается от жидкости. При этом наблюдается свечение трубки накаливания и разрушение стенок канала.Tests of the method according to the proposed technical solution were carried out in a laboratory setup, shown in FIG. 2. The channel models were made of organic glass (Fig. 2b, fragments I – V) with optically transparent walls, and TXAT. A channel 3 model was placed on a holder 9 in a bathtub 7, which had optically transparent walls. The channel walls were heated with a chromel-alumel thermocouple 8 (junction diameter 200 μm) embedded in the channel wall 3. The signal from the thermocouple was fed to an automated system for collecting and recording results 10. An electric signal from the VSA-5K source (not shown in the diagram) was supplied to the glow tube 1 via current-carrying wires. For visual observation of the development of the process, optical lenses (not shown in the drawing) were mounted in the transparent side walls of the bath 7. Incandescent tube 1 was made of nichrome wire with a diameter of 0.5 10 - 3
Figure 00000027
m 0.15 m long. The power developed on the filament tube 1, varied within four - 180
Figure 00000028
Tue A qualitative picture of the development of the ignition process was obtained on the model of a cylindrical channel made of plexiglass and having one muffled end. The length of the channel 3 shown in FIG. 2 equaled L TO = 5 10 - 2
Figure 00000029
m, channel diameter d TO = 1,2 10 - 2
Figure 00000030
m. The walls of the channel were polished. The results are shown in FIG. 2b. Fragment I corresponds to the initial position. The channel is filled with liquid (water), the electrical signal to the glow tube 1 is not applied ( t = 0
Figure 00000031
c) Across t = 0.6
Figure 00000032
from the moment the electric signal is supplied (fragment II), active centers of vaporization are formed, which, under the action of the Archimedes force, begin to concentrate at the muffled end of the channel. At this point, a vapor cavity is already beginning to form. Across t = 1.3
Figure 00000033
c (fragment III), when bubble boiling is formed [4], there is an intensive supply of steam inclusions to the already created vapor cavity. The glow tube is almost completely blocked from the liquid (fragment IV). A film boiling mode is created ( t = 4.0
Figure 00000034
from). On fragment V it can be seen that through t = 7.8
Figure 00000035
with the channel completely freed from the liquid. In this case, the glow of the glow tube and the destruction of the walls of the channel are observed.

Для проверки предложенного способа использовались образцы ТХАТ, известных в ракетной технике [5]. Использовались цилиндрические образцы ТХАТ, имеющие следующие размеры: высота 5 10 2

Figure 00000036
м, диаметр 1 10 2
Figure 00000037
. В образцах выполнялись каналы L K = 4,5 10 2
Figure 00000038
м, при диаметре d K = 4 10 3
Figure 00000039
м.To verify the proposed method used samples of TXAT, known in rocketry [5]. We used TXAT cylindrical samples having the following dimensions: height 5 10 - 2
Figure 00000036
m diameter one 10 - 2
Figure 00000037
. In the samples, channels were made L K = 4,5 10 - 2
Figure 00000038
m, with a diameter d K = four 10 - 3
Figure 00000039
m

Фиг. 3 иллюстрирует зависимость времени зажигания t з

Figure 00000040
образца ТХАТ от мощности W, развиваемой на трубке накаливания. Видно, что с увеличением W время зажигания t з
Figure 00000041
снижается. Следует отметить, что для зажигания образца ТХАТ достаточно W=6 Вт. Это выгодно отличает систему зажигания предлагаемого технического решения от прототипа [3]. Изменение температуры T стенок канала в зависимости от затраченной энергии А приведено на фиг. 4. Следует отметить, что на зажигание стенок канала с одним заглушенным концом (кривая 1) требуется меньше энергозатрат по сравнению с негерметичной системой зажигания (кривая 2). Видно, что на нагрев жидкости до кипения в канале при прочих равных условиях опыта расходуется одинаковое количество энергии (область 1). Но за счет того, что по изобретению активные центры парообразования еще до формирования пузырькового режима кипения уже частично заполняют канал, пар начинает блокировать верх трубки накаливания, время формирования режимов кипения сокращается, и зажигание стенок канала происходит при А = 80 ÷ 120
Figure 00000042
Дж, в то время как при негерметичной системе зажигания затраты энергии на зажигание стенок канала значительно больше (области II по изобретению, III по прототипу).FIG. 3 illustrates the dependence of the ignition time t s
Figure 00000040
TCAT sample from the power W developed on the glow tube. It is seen that with increasing W, the ignition time t s
Figure 00000041
declining. It should be noted that W = 6 W is sufficient for igniting a TXAT sample. This compares favorably with the ignition system of the proposed technical solution from the prototype [3]. The change in temperature T of the channel walls depending on the energy expended A is shown in FIG. 4. It should be noted that the ignition of the walls of the channel with one muffled end (curve 1) requires less energy compared to an unpressurized ignition system (curve 2). It can be seen that for heating the liquid to a boil in the channel, ceteris paribus, the experiment uses the same amount of energy (region 1). But due to the fact that according to the invention, the active centers of vaporization even before the formation of the bubble boiling mode already partially fill the channel, the steam begins to block the top of the glow tube, the formation time of the boiling modes is reduced, and the channel walls ignite when BUT = 80 ÷ 120
Figure 00000042
J, while with an unpressurized ignition system, the energy consumption for igniting the channel walls is much larger (region II according to the invention, III according to the prototype).

Зависимость времени зажигания t з

Figure 00000041
от расположения трубки накаливания в канале по высоте h от открытого торца приведена на фиг. 5. Видно, что при h = 5 10 3
Figure 00000043
м на процесс зажигания оказывает влияние окружающая среда (кривая
Figure 00000044
). С увеличением h время зажигания t з
Figure 00000041
снижается (кривые + , Δ
Figure 00000045
).Ignition time dependence t s
Figure 00000041
from the location of the filament tube in the channel in height h from the open end is shown in FIG. 5. It is seen that with h = 5 10 - 3
Figure 00000043
m the environment affects the ignition process (curve
Figure 00000044
) With increasing h, the ignition time t s
Figure 00000041
decreases (curves + , Δ
Figure 00000045
)

Поскольку в предлагаемом техническом решении канал с одной стороны негерметичен, то его функционирование будет зависеть от ориентации канала относительно вектора силы тяжести. Известно [6], что ориентация поверхности нагрева в гравитационном поле влияет на критический тепловой поток при кипении жидкости. Фиг. 6 иллюстрирует зависимость t з

Figure 00000041
от угла наклона φ
Figure 00000046
. Кривая 1 относится к предлагаемому техническому решению, кривая 2 к прототипу. Следует отметить, что при большом угле наклона негерметичная система зажигания прототипа функционировать не будет, в то время как система зажигания с одним заглушенным торцом может функционировать даже при φ = 90 0
Figure 00000047
. Однако в этом случае требуется повышение мощности на трубке накаливания до 100 Вт и выше.Since the channel on the one hand is leaky in the proposed technical solution, its functioning will depend on the orientation of the channel relative to the gravity vector. It is known [6] that the orientation of the heating surface in a gravitational field affects the critical heat flux during boiling of a liquid. FIG. 6 illustrates the relationship t s
Figure 00000041
from the angle of inclination φ
Figure 00000046
. Curve 1 refers to the proposed technical solution, curve 2 to the prototype. It should be noted that with a large angle of inclination the leaky ignition system of the prototype will not function, while the ignition system with one muffled end can function even at φ = 90 0
Figure 00000047
. However, in this case, an increase in power on the glow tube to 100 W and above is required.

Из примера видно, что предлагаемый способ зажигания ТХАТ в жидкой среде промышленно применим на практике. Способ обеспечивает надежное зажигание при экономных затратах энергии и может быть использован при проведении аварийно-спасательных, судоподъемных и гидротехнических работ.It can be seen from the example that the proposed method for igniting TXAT in a liquid medium is industrially applicable in practice. The method provides reliable ignition at an economical energy cost and can be used when conducting rescue, ship-lifting and hydraulic works.

Источники информацииInformation sources

1. Прострелочные и взрывные работы в скважинах: Учебник для техникумов /Н. Г. Григорян и др. - 2-е изд. перераб. - М.: Недра, 1980. С. 136-137.1. Rifle and blasting in wells: Textbook for technical schools / N. G. Grigoryan et al. - 2nd ed. reslave. - M .: Nedra, 1980.S. 136-137.

2. Дунаевский Я.И. Снятие судов с мели /2-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1984 г. - С. 80-81.2. Dunaevsky Ya.I. Removal of ships aground / 2nd ed. reslave. and add. - M .: Transport, 1984 - S. 80-81.

3. Патент №2537644 (RU), МПК F23Q 7/02. Способ зажигания твердого химически активного топлива в жидкой среде.3. Patent No. 2537644 (RU), IPC F23Q 7/02. The method of ignition of solid chemically active fuel in a liquid medium.

4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973 г. - С. 102-128.4. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. The basics of heat transfer. - M .: Energy, 1973 - S. 102-128.

5. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе: Учебное пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 1979 г.5. Orlov B.V., Masing G.Yu. Thermodynamic and ballistic fundamentals of designing solid propellant rocket engines: Textbook for universities. - M.: Mechanical Engineering, 1979

6. Вешнев И.П. Влияние ориентации поверхности нагрева в гравитационном поле на кризис пузырькового кипения жидкости //Инженерно-физический журнал, 1973. Т. 24(1). С. 59-66.6. Veshnev I.P. The influence of the orientation of the heating surface in a gravitational field on the crisis of bubble boiling of a liquid // Engineering Physics Journal, 1973. V. 24 (1). S. 59-66.

Claims (3)

1. Способ зажигания твердого химически активного топлива в жидкой среде, включающий использование нагревательного элемента в виде трубки накаливания, выполненной путем плотной намотки проволоки, имеющей высокое омическое сопротивление, которую устанавливают в канал, выполненный в блоке твердого химически активного топлива, отличающийся тем, что канал выполняют вертикальным с открытым нижним концом, трубку накаливания плотно устанавливают у верхнего конца канала, расположенного в массе топлива, а токоведущий проводник, закрепленный на верхнем торце трубки накаливания, выводят по внутренней полости трубки накаливания наружу.1. The method of ignition of a solid reactive fuel in a liquid medium, comprising the use of a heating element in the form of an incandescent tube made by tightly winding a wire having high ohmic resistance, which is installed in a channel made in a block of solid reactive fuel, characterized in that the channel perform vertical with an open lower end, the glow tube is tightly installed at the upper end of the channel located in the mass of fuel, and the current-carrying conductor, fixed on the upper end of the tube filament is output by the internal cavity of the tube filament to the outside. 2. Способ зажигания по п. 1, отличающийся тем, что длину канала L K
Figure 00000002
выполняют при соблюдении условия L K = 3 Δ
Figure 00000003
, где Δ
Figure 00000004
- длина трубки накаливания.
2. The ignition method according to p. 1, characterized in that the length of the channel L K
Figure 00000002
performed subject to conditions L K = 3 Δ
Figure 00000003
where Δ
Figure 00000004
- the length of the glow tube.
3. Способ зажигания по п. 1, отличающийся тем, что диаметр канала d K
Figure 00000005
выполняют при соблюдении условия 4 d п р < d K < 12 d п р
Figure 00000006
, где d п р
Figure 00000007
- диаметр проволоки.
3. The ignition method according to claim 1, characterized in that the diameter of the channel d K
Figure 00000005
performed subject to conditions four d P R < d K < 12 d P R
Figure 00000006
where d P R
Figure 00000007
- The diameter of the wire.
RU2015140846/06A 2015-09-25 2015-09-25 Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium RU2594935C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015140846/06A RU2594935C1 (en) 2015-09-25 2015-09-25 Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015140846/06A RU2594935C1 (en) 2015-09-25 2015-09-25 Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2594935C1 true RU2594935C1 (en) 2016-08-20

Family

ID=56697516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015140846/06A RU2594935C1 (en) 2015-09-25 2015-09-25 Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2594935C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3713393A (en) * 1970-04-02 1973-01-30 Amoco Prod Co Igniter mechanism for solid propellants under high fluid head
RU2062403C1 (en) * 1994-03-01 1996-06-20 Сибирский химический комбинат Igniting device
RU2100065C1 (en) * 1995-01-27 1997-12-27 Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Solid-fuel gas generator for underwater operation
US20100175367A1 (en) * 2007-06-08 2010-07-15 Thales Propellant device of enhanced performance
RU2537644C1 (en) * 2013-09-09 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3713393A (en) * 1970-04-02 1973-01-30 Amoco Prod Co Igniter mechanism for solid propellants under high fluid head
RU2062403C1 (en) * 1994-03-01 1996-06-20 Сибирский химический комбинат Igniting device
RU2100065C1 (en) * 1995-01-27 1997-12-27 Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Solid-fuel gas generator for underwater operation
US20100175367A1 (en) * 2007-06-08 2010-07-15 Thales Propellant device of enhanced performance
RU2537644C1 (en) * 2013-09-09 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6817298B1 (en) Solid propellant gas generator with adjustable pressure pulse for well optimization
US6016753A (en) Explosive pipe cutting
Wolański et al. Detonation of methane-air mixtures
US20110048703A1 (en) Heating apparatus
CN107167490A (en) A kind of fast cook off test experimental rig for medium-and-large-sized ammunition
RU2594935C1 (en) Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium
EP2859183A1 (en) Improved electric fracturing of a reservoir
US2599245A (en) Method and apparatus for seismic prospecting
SE446126B (en) ELECTRICALLY ACTIVABLE EXPLOSION CAPS INCLUDING ONE TEND CHARGE AND ANOTHER EXPLOSION CHARGING, INCLUDING A SET FOR ASSEMBLY
CN103399138A (en) Determination method for gap distance of submarine explosive
RU2537644C1 (en) Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium
US2993461A (en) Embedment anchor
Smirnov et al. Control of detonation onset in combustible gases
Beckstead et al. Experimental investigations of the underwater ignition of the solid rocket propellant
RU2485307C1 (en) Gas-dynamic formation fracturing method
RU2183741C1 (en) Method of gas-hydraulic stimulation of formation
RU2100065C1 (en) Solid-fuel gas generator for underwater operation
FR3061233A1 (en) STACKABLE PROPELLANT MODULE FOR GAS PRODUCTION
RU175566U1 (en) DEVICE FOR THERMAL GAS-DYNAMIC INFLUENCE ON THE LAYER
RU2661487C2 (en) Device for processing of production formation
Barsukov et al. Applying of open gas generators in solid fuel for rising underwater objects
RU2643533C1 (en) Method of formation gas dynamic treatment
Maqbool Development of an experiment for measuring film cooling performance in supersonic flows
US9531020B2 (en) Method of operating a heater
do Vale Pereira et al. Experimental Results of Melt Probes in Cryogenic Ice for a Future Europa Lander

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190926