Введение
1 Современное состояние исследований по энергогенерирующим системам 13
1.1 Термодинамический анализ цикла Стирлинга 14
1.2 Выбор рабочего тела 16
1.3 Двигатели внешнего сгорания с жидким рабочим телом 18
1.4 Нагревательные аппараты для двигателей внешнего сгорания 19
1.4.1 Пламенный нагрев 19
1.4.2 Каталитический нагрев 24
1.5 Особенности протекания процесса конверсии метана 25
1.6 Современное состояние исследований процесса термохимической рекуперации тепла 28
1.6.1 Общие принципы термохимической рекуперации 28
1.6.2 Теоретическая оценка эффективности термодинамических циклов с рекуперацией тепла 30
1.6.3 Топлива для термохимической рекуперации 32
1.6.4 Катализаторы для внешней термохимической рекуперации 33
1.6.5 Варианты технических решений 35
2 Экспериментальные методики 39
2.1 Методики приготовления катализаторов 39
2.1.1 Методика приготовления структурированных катализаторов конверсии углеводородных топлив в синтез-газ на основе металлической сетки 39
2.1.2 Методика приготовления структурированных катализаторов конверсии у глеводородных топлив в синтез-газ на основе пористой ленты 40
2.1.3 Методика приготовления катализаторов окисления синтез-газа на основе пористой ленты 40
2.1.4 Методика приготовления структурированных катализаторов конверсии кислородсодержащих топлив в синтез-газ на основе металлической сетки 41
2.1.5 Методика приготовления структурированных катализаторов конверсии кислородсодержащих топлив в синтез-газ на основе пористой ленты 42
2.2 Методики изучения структурированных катализаторов современными физическими методами 42
2.3 Экспериментальный стенд 43
2.3.1 Описание экспериментального стенда 43
2.3.2 Технические характеристики экспериментального стенда 45
2.4 Метод определения каталитической активности 46
2.5 Метод определения коэффициентов тепломассообмена и гидравлического сопротивления 49
2.6 Методика проведения испытаний на двигателе внешнего сгорания 50
2.7 Методика проведения испытаний на двигателе внутреннего сгорания 51
3 Исследование физико-химических закономерностей процессов переноса в слое структурированного катализатора 52
3.1 Разработка и исследование теплопроводных катализаторов конверсии углеводородных топлив в синтез-газ 52
3.1.1 Катализаторы конверсии углеводородных топлив на базе металлической сетки 52
3.1.2 Катализаторы конверсии углеводородных топлив на базе пористых лент 56
3.1.3 Катализаторы конверсии кислородсодержащих топлив на базе пористой ленты 60
3.1.4 Катализаторы конверсии кислородсодержащих топлив на базе металлической сетки 61
3.2 Исследование процессов тепло-массопереноса и гидравлического сопротивления в слое структурированного катализатора 62
3.2.1 Теплопроводность структурированных катализаторов конверсии топлив 62
3.2.2 Определение коэффициентов тепло-массопереноса в структурированном слое катализатора 69
3.2.3 Гидравлическое сопротивление структурированного слоя 71
4 Разработка двухстадийного каталитического нагревательного аппарата 73
4.1 Каталитический генератор синтез-газа 75
4.2 Радиальный реактор окисления синтез-газа 77
4.3 Математическое моделирование каталитического генератора синтез-газа 78
4.3.1 Математическая модель процесса конверсии топлива в синтез-газ 78
4.3.2 Кинетические выражения для процесса конверсии топлива в синтез-газ 81
4.3.3 Сравнение расчетных и экспериментальных данных 83
4.4 Математическое моделирование каталитического радиального реактора 84
4.4.1 Оценка газораспределения в радиальном реакторе 84
4.4.2 Математическая модель процесса каталитического окисления топлива 87
4.4.3 Результаты численного анализа 91
4.4.4 Экспериментальная проверка радиального реактора 94
4.5 Математическая модель трубчатого теплообменника 94
4.6 Пример практической реализации каталитического нагревательного аппарата в двигателе внешнего сгорания 97
5 Испытания каталитического нагревательного аппарата с двигателем внешнего сгорания с рабочим телом высокой плотности 99
5.1 Лабораторный образец 99
5.2 Испытания с пламенным нагревом 101
5.3 Испытания с каталитическим нагревом 105
5.3.1 Анализ экспериментальных данных 105
5.3.2 Математическое моделирование процессов, протекающих в лабораторном образце 106
5.4 Процесс термохимической рекуперации тепла в двигателях внешнего сгорания 109
5.4.1 Математическое моделирование 109
5.4.2 Экспериментальные исследования 113
5.4.3 Анализ экспериментальных данных 114
5.5 Пример практической реализации двигателя с рабочим телом высокой плотности 115
6 Процесс термохимической рекуперации тепла в двигателях внутреннего сгорания 117
6.1 Внешняя и внутренняя рекуперация 117
6.2 Термодинамический анализ процесса термохимической рекуперации 119
6.3 Конструкция аппарата термохимической рекуперации тепла 123
6.4 Математическое моделирование каталитического реактора конверсии спиртов 124
6.4.1 Математическая модель процесса конверсии спиртов 124
6.4.2 Кинетические выражения для процесса паровой конверсии спиртов 126
6.4.3 Численный анализ реактора конверсии спиртов 128
6.4.4 Экспериментальная проверка реактора конверсии спиртов 130
6.4.5 Сравнение экспериментальных и модельных данных 130
6.5 Испытания аппарата термохимической рекуперации 132
6.5.1 Испытания аппарата термохимической рекуперации, интегрированного с ДВС 132
Основные результаты и выводы 135
Список использованной литературы 136
