Рассмотрим теперь экспериментальные данные, относящиеся к развитию турбулентного диффузионного факела в спутном одно­родном потоке. Исследование такого факела проводилось на экс­периментальной. установке, снабженной коаксиальными соплами.

Диаметр внутреннего сопла, из которого вытекало газообразное топливо (как и в случае затопленного факела, смесь пропана и бу­тана, забалластированная продуктами сгорания этого же топлива с воздухом), был равен 20 мм. На расстоянии 3—4 мм от сопла устанавливался стабилизатор в виде кольца диаметром 20 мм и толщиной 0,5 мм. Диаметр внешнего сопла, из которого вытекал поток воздуха (имитировавший неограниченный спугный поток),[14]Был равен 250 мм. Это обеспечивало возможность исследования факела, развивающегося практически независимо от перемеши­вания с окружающим воздухом, происходившего на внешней гра­нице спутного потока. Методика измерений температуры, а также динамического давления при изучении спутного факела была ана­логичной методике измерений в затопленном факеле. В табл. 3-2 приведены характеристики опытов.

Таблица 3-2

В этой таблице наряду со значениями параметра т = uJuQ, входящего в расчетные формулы, указаны также значения отно­шения /прц3 = p^mVPqUq. Последнее в значительной мере опреде­ляет интенсивность процесса турбулентного перемешивания га­зовых струй и, в частности, длину факела, развивающегося в спут­ном потоке (см. также § 4-2).

В этих опытах начальная температура газа и температура воз­духа в спутном потоке менялись незначительно.

На рис. 3-16 приведена серия фотографий факела, полученных при различных значениях параметра ти. Как видно из фотографий, увеличение этого параметра существенно влияет на размеры и кон­фигурацию факела лишь в области малых его значений — при 0 < тц < 0,15 или 0 < трц2 <0,1. Дальнейшее увеличение ско­рости спутного потока в этих опытах практически не вызывало увеличения длины факела и изменения его ширины. Это может быть иллюстрировано представленными на рис. 3-17 опытными профилями избыточного импульса ри (и — uj) и температуры в фа­келе при изменении параметра ти. Как видно из приведенных графиков, относительные профили температуры и избыточного им­пульса слабо зависят от параметра гр в области t ца 0,1

Эго наблюдение подтверждается результатами специальных опытов, в которых производилось измерение температуры в фик-

Сированных точках факела Опыты показали, что заметное влияние скорости спутного потока на характеристики факела наблюдается лишь при относительно малых значениях параметра т^ и соот­ветственно малых значениях т.

И

Из фото рафий, приведенных на рис 3-18. видно чтс с увели­чением скорости спутного потока зона интенсивной турбулизации
факела (точка распада присоплового пламени) смещается к соплу. Последнее, по-видимому, связано с обтеканием внешним потоком стабилизатора пламени.

Приведем теперь результаты измерений температуры и плотно­сти потока импульса в спутном факеле.

На рис. 3-19 показана полная аэродинамическая картина тур­булентного диффузионного факела при горении газа в спутном однородном потоке. На графике нанесены экспериментальные поля динамического давления, температуры, а также поля избыточной скорости, импульса, линии тока и граница фронта пламени, рас­считанная по формуле (2-27а). Обращает на себя внимание своеоб­разный характер изменения динамического давления в попереч­ных сечениях факела. Как видно из графика, в профиле ри2 имеются
два экстремума — ма їсммум на оси факела и минимум, располо­женный на некотором расстоянии от оси, зависящем от значения т ч При этом точки, в которых ри2 достигает минимального зна­чения, не совпадают с зоной максимальных температур — фронтом пламени — и смещены относительно последнего в сторону одно­родного потока.

Рис 3-18. Фотографии начального участка турбу­лентного диффузионного факела, разв шающегося В" сп гном потоке: а — при ти Ц< б — при ти

),0245; в — при ти 0,41; г — при т„ — 0 078; д — при ти — 0,123, в — при ти 0,172; ж — при ти 0 23 з — при Щ = (.285; и — при ти = 0.37

В отличие от этого профили избыточного импульса ри (и — и ) имеют плавный характер (без второго экстремума) и практически не зависят от т (см. рис. 3-21). Это оправдывает введение в расчет факела таких с южных характеристик, как избыточный импульс, поток избыточной энтальпии и вещества. Приведенные на рис. 3-20 данные по распределению избыточной скорости показывают, что

Рис. 3-20. Изменение избыточной скорости в поперечных сечениях спутного факела (сплош­ная линия — расчет по формуле Шлихтинга).