Приведем некоторые экспериментальные данные по аэродинами­ческой структуре коаксиального диффузионного факела [Л. 19]. На рис. 4-13 для трёх значений трц2 представлены подробные про­фили основных характерных величин. С качественной стороны такой турбулентный факел близок к рассмотренным ранее затоп­ленному и спутному факелам и занимает в какой-то мере среднее между ними положение. Это особенно наглядно видно на рис. 4-14, на котором показана структура факела для одного значения па­раметра трц2 и трех значений отношения диаметров сопел. Приве­денные на рис. 4-14 данные получены на описанной в предыдущем параграфе экспериментальной установке.

Основные характеристики выполненных экспериментов ука­заны в табл. 4-1.

Т. риг-0,5 „г

Di/4,-1,35 л риг/р, и? а Т/Тф • pU/jlfUf о U/tlf x/d

Di/dt -2 л рц2/р, и,г ° Т/Тф • ри/ргиг о IL/Ui x/di

D2/d,-3 д pu2/p, uf о Т/Тф • ри/р2и2 О Ц/Ц., x/d,

Как уже отмечалось, коаксиальный факел при сравнительно малом размере внешнего сопла представляет собой своеобразный «гибрид» затопленного факела и факела, развивающегося в неогра­ниченном спутном однородном потоке. Это проявляется в том, что на большом расстоянии от среза сопла, после сечения, в котором

Происходит полное смыкание пограничных слоев внешнего потока и струи, факел распространяется в практически неподвижной среде. В отличие от этого в непосредственной близости к соплу фронт пламени устанавливается в зоне смешения двух спутных потоков и на его местоположение влияет соотношение динамических давлений в струе и потоке. Между этими предельными областями горения находится промежуточная область, в которой в той или иной мере проявляются закономерности, присущие затопленному и спутному факелам.

Построение расчета факела для такого сложного течения пред — тавляет значительные трудности, так как требует одновременного

Учета развития пограничного слоя в затопленном и спутном тече­ниях. Характеристики перемешивания для этих двух случаев су­щественно различны. Приближенный расчет такого факела можно выполнить путем смыкания решений, полученных для внутреннего и внешнего пограничных слоев (начальный участок — вблизи сопла), с решением для основного участка затопленного факела (за сече­нием, в котором смыкаются пограничные слои). Такой путь ориен­
тировочного расчета весьма громоздок, как, впрочем, и любой другой чисто конструктивный прием построения сложного те­чения.

Из-за своеобразной аэродинамической структуры коаксиаль­ного факела и наличия в нем, в частности, второго экстремума (про­вала) на профилях ри2 не представляется возможным непосредст­венное применение для расчета метода эквивалентной задачи тео­рии теплопроводности в том виде, в каком он был использован при расчете затопленного и спутного факелов. Как показывает анализ опытных данных, охватывающий сравнительно широкий диапазон изменения значений начальных параметров, для приближенного расчета может быть использован простейший прием наложения потоков. Сущность его сво­дится к следующему.

Предполагается, что раз­витие внутренней струи (в рассматриваемом случае — факела) независимо от раз­мера внешней облекающей струи происходит так, как в спутном безграничном по­токе. Внешняя струя распро­страняется в окружающей среде, как обычная затоплен­ная струя. Вследствие этого по аэродинамической структу­ре коаксиальный факел пред­ставляет собой в первом при­ближении простое наложение двух независимых течений: спутного факела и затопленной струи. При построении общего течения следует суммировать значения ри2 в поле затопленной внешней струи и значения избыточных вели­чин Ари2 во внутренней струе (факеле). Аналогичным путем искус­ственного сложения может быть с известным приближением рас­считано изменение плотности потока энтальпии и вещества, т. е. в конечном счете найдено ориентировочно распределение всех искомых величин — температуры, концентраций, скорости и плот­ности потока импульса.

На рис. 4-15 и 4-16 в качестве примера приведено сопоставление экспериментальных и расчетных (полученных с помощью наложе­ния двух течений — спутного и затопленного) данных по распре­делению ри2 в поперечных сечениях коаксиальных струй и факела. Как видно из этих графиков, с помощью такого приближенного построения удается получить удовлетворительное совпадение рас­четных и опытных данных. Для практического применения этого приема к расчету коаксиальных струй или факела необходимо иметь обобщенную эмпирическую зависимость £ = / (х, т и,), получен­ную из опытов со спутными и затопленными струями.

На рис. 4-17 показано сопоставление опытных и расчетных дан­ных по распределению величины ри2, температуры и скорости в од­ном из сечений коаксиального факела. Приведенные данные сви­детельствуют о приемлемости такого ориентировочного расчета для практических условий горения прямоструйного турбулент­ного диффузионного факела.

Рассмотренный в этой главе пример коаксиального факела ин­тересен своей близостью к факелам в реальных технических уст­ройствах (горелках).