Čiastkové výsledky

Definovanie podmienok superkritickej vody

V rámci projektu Plasmat sa jeho riešitelia zaoberali problematikou superkritickej vody, ktorá je ideálnym prostredím pre účely gazifikácie pevných uhľovodíkov. Vedci sa zaoberali teoretickými poznatkami vytvorenia podmienok pre vznik superkritických podmienok vody. Záverom tejto fázy výskumu je špecifikácia infraštruktúry, ktorú bude potrebné zabezpečiť pre praktické experimenty.

Superkritická voda je taký stav, pri ktorom má voda teplotu vyššiu ako 374°C a tlak nad 22MPa. Na dosiahnutie takéhoto stavu je potrebné zabezpečiť vysokotlaké čerpadlo a zdroj tepla ako je to zobrazené na schéme vyššie. Pre zabezpečenie zodpovedajúcich podmienok sa riešitelia rozhodli použiť parametre o niečo vyššie od parametrov kritického bodu. Po vytvorení takéhoto stavu a absolvovaní experimentov sa parametre vody znížia a odpadná voda má bežné vlastnosti.

Štúdia interakcie plazmy s anorganickým materiálom

Vedeckí pracovníci sa venovali štúdiu interakcie plazmy s anorganickým materiálom a účinku procesu rozrušovania. Experimenty ukázali že mechanizmus rozrušovania závisí od vzdialenosti a spôsobu odstránenia taveniny. Pričom je nutné voliť kompromis medzi vysokou efektivitou natavovania a degradáciou elektród v dôsledku pôsobenia spätného tepla. Pri väčších vzdialenostiach je natavená plocha pochopiteľne širšia, ale celkový natavený objem menší. Pri interakcii navyše vstupuje do procesu ďalší pozitívny parameter – a to – odlupovanie anorganického materiálu vplyvom tepelných šokov. Efektivita celého procesu je navyše zvýšená odlupovaním a praskaním anorganického materiálu. Ďalším krokom je maximalizácia procesu odlupovania a odstránenia taveniny.

Hydromagmatický jav

Tepelný tok z rozhrania roztavená hornina  - voda smerom do vody je výrazne vyšší z dôvodu relatívne nízkej tepelnej vodivosti magmy, kondukcia tepla je obmedzená aj vysokou viskozitou magmy. Teplota na horúcej strane rozhrania preto rýchlo klesá, čo vedie k tuhnutiu roztavenej horniny. Akonáhle stuhne určitá hrúbka magmy, napätie spôsobené poklesom jej objemu (rádovo 1 - 3% ) vedie k vzniku trhlín a tým aj fragmentácie roztavenej horniny do relatívne hrubých častíc. Tento proces výrazne zvyšuje styčnú plochu magma-voda. Rovnováha medzi tuhnutím taveniny a styčnou plochou rozhrania určuje,  či je proces relatívne stabilný, alebo eskaluje tepelný výkon. So vzrastajúcou fragmentáciou sa medzifázová plocha zvyšuje exponenciálne. Tento nárast plochy je často označovaný ako zmiešavanie. Interakcia kvapaliny s povrchom oveľa teplejším ako je teplota kvapaliny pri atmosférickom tlaku prebieha vo fázach podľa nasledovného diagramu:

Akcelerácia procesu dezintegrácie

Realizácia simulácií tavenia horniny kombináciou Joulovho ohrevu a kondukcie tepla za účelom akcelerácie procesu dezintegrácie vzhľadom na navrhnutý laboratórny model zariadenia, a to v týchto krokoch: stanovenie okrajových a počiatočných podmienok na základe konštrukčného návrhu zariadenia, vytvorenie 2D/ 3D fyzikálneho modelu, realizácia simulácií pre 2D/3D model pre rozličné počiatočné a okrajové podmienky s počiatočným predohrevom horniny, vyhodnotenie realizovaných simulácií pre realizáciu experimentov (obrázok v prílohe).

 

Modelovanie chladenia anódy

Cieľom týchto simulácií je nastavenie prívodu chladenia anódy tak, aby teplota na vonkajšej strane anódy neprekročila kritickú hranicu. Druhým kritériom je teplota na stene anódy, ktorá je z vnútornej strany obmývaná plazmotvornou parou. Pre stabilný chod zariadenia nesmie dôjsť ku kondenzácií vodnej pary na stene elektródy. Simulácie boli vykonané pri rýchlostiach vody 0,5 , 0,3 a 0,1 m/s na vstupe. Tlak je pre všetky simulácie bol 6bar na vstupe. Teplota vyparovania vody pri tomto tlaku je cca 160°C (433K). Výsledkom simulácií bolo potvrdenie stanovenej hypotézy, že vektory rýchlostí majú pre všetky tri nastavenia rovnaký priebeh. V medzikruží sa nevytvára vír, lebo je to prúdenie v štrbine. Na uvedenom obrázku sú vidieť teplotné polia na vonkajšej strane anódy.

Externé chladenie plazmotrónu

Výskumní pracovnici sa zaoberali výpočtom a vylepšeným návrhom chladenia plazmotrónu na gazifikáciu pevných uhľovodíkov. Pri gazifikačnom procese pevných uhľovodíkov dosahuje špička katódy tepelný výkon cez 4kW, pričom sa ukázalo, že pre takýto výkon je vhodné prepracovať chladiaci systém plazmotrónu. Ako najvhodnejším riešením sa po analýze niekoľkých alternatív javilo použitie externej chladiacej patróny. Pri výpočte sa bralo do úvahy chladiace médium voda. Na základe udaných hodnôt sa navrhla externá chladiaca patróna, ktorú je možné pripojiť na prívod vody, vďaka čomu je možné dosahovať zvýšený hmotnostný tok chladiacej vody, ktorý je potrebný na chladenie katódy na prevádzkovú teplotu neprevyšujúcu 100 °C.  

Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ.

Vyhľadávanie

© 2010 Všetky práva vyhradené.