В технике весьма распространены газовые горелки, выполненные в виде коаксиальных сопел. Простейшая схема такой прямоструй — ной горелки показана на рис. 4-1. Прежде чем привести данные о горении диффузионного факела, созданного с помощью такого рода горелки, целесообразно кратко обсудить результаты аэродинами­ческого испытания ее без горения. Эти данные представляют также известный самостоятельный интерес, поскольку закономерности распространения коаксиальных газовых струй изучены недоста­точно [Л. 7; 8; 81 ].

Рабочая часть установки для изучения таких струй была вы­полнена в виде двух коаксиально расположенных труб диаметрами 80 и 180 мм, которые заканчивались профилированными соплами [Л. 18]. Выходной диаметр внутреннего сопла во всех случаях

Оставался постоянным и равным 20 мм. Внешнее сопло в этих опы­тах применялось двух размеров — с диаметром на выходе, равным 40 или 60 мм.

Из внутреннего сопла происходило истечение газовой струи (продукты полного сгорания смеси пропана и бутана с воздухом) при начальной температуре Т0, = 300° К или Т0, = 900° К, из внешнего — струи воздуха при температуре Т02 — 300° К — Па­раметр со = Тх/Тг соответственно принимал значения со = 1 и 3. Скорость истечения газа из сопел изменялась для внутреннего сопла в пределах от 40 до 90 м/сек, а для внешнего — от 20 до 50 м/сек. Это обеспечивало диапазон изменения параметра m, = = (рм2)2/(рм2)1 в пределах от 0,2 до 5 и m — от 0,26 до 1,29.

В опытах измерялись профили динамического давления и тем­пературы в поперечных сечениях струи. Динамическое давление измерялось с помощью трубки Пито, наружный диаметр которой d„ = 1,4 мм, а внутренний dBB = 0,8 мм. Трубка была сделана
из жаропрочной стали. Измерение температуры проводилось тер­мопарой нихром — константан с диаметром спая 0,4 мм. Профили рн2 и температуры на выходе из сопла показаны на рис. 4-2. Как видно из графика, на стыке двух потоков— центрального и пери­ферийного.— наблюдалось сравнительно незначительное наруше­ние равномерности профиля рн2. Однако (см. рис. 4-6) начальная неравномерность профиля сглаживалась уже на расстоянии по­рядка одного калибра.

На рис. 4-3 представлены результаты измерений изменения ве­личин рн2 и температуры на оси коаксиальной струи (для обоих

Значений Диаметров наружного сопла). Для сравнения на рис. 4-4 показаны рассчитанные значения скорости на оси струи для тех же случаев, а на рис. 4-5 (для сопла диаметром 60 мм) — кривые изменения относительных значений (ри)т и (рисрАТ)т на оси струи. Эти данные характеризуют интенсивность турбулентного переме­шивания газовых струй. Подробно этот вопрос будет обсуждаться в следующем параграфе. Здесь же обратим внимание на то, что во всех случаях интенсивность смешения тем меньше, чем ближе к еди­нице параметр т Это замечание относится ко всем характери­стикам смешения на оси струи, т. е. к относительным значениям рн2, Т, рисрАТ (в пределах начального участка внешней струи). О закономерностях изменения скорости и плотности потока массы ри в опытах было установлено следующее. Каждая из этих величин

4 Заказ № 2563

(puPpbThn (риїрЩ

83

(и или рн) на оси струи сохраняет значение, практически равное исходному, дольше всего в том случае, когда соответствующая раз­ность начальных значений скорости иг — и2 (или р 1и1 — р2н2) в струе и спутном потоке равна нулю.

На рис. 4-3 нанесены также для сравнения (пунктир) данные, относящиеся к случаю одинаковой плотности газа (со = p2/pi = 1). Эти данные, согласующиеся с результатами других авторов [Л. 7; 8], характеризуют отличие в интенсивности смешения изотерми­ческих и неизотермических струй. По порядку величины оно не­велико и (как у затопленных и спутных струй) может быть объяс­нено в первую очередь различием в уровне начальной турбулент­ности. В случае истечения струи при mfU, > 1 (см. рис. 4-3), т. е. тогда, когда значение рн2 на оси струи меньше, чем на периферии, наличие максимума динамического давления на оси объясняется влиянием внешнего пограничного слоя.

Расчет профилей характерных величин в струе был выполнен по методу эквивалентной задачи теории теплопроводности для за­данного начального профиля. Такой расчет дает удовлетворитель­ное совпадение с опытом для случая /гарцї < 1 (рис. 4-6). В проти­воположном случае (при трц!1 > 1) точность совпадения расчетных данных с опытами заметно ухудшается. Это, по-видимому, объяс­няется тем, что периферийная струя играет роль спутного потока для внутренней струи. Одновременно по наружному периметру внешней струи происходит ее перемешивание с окружающей сре­дой. Тем самым в процессе выравнивания исходного профиля ри2 как бы участвуют две различные формы турбулентного смешения, отвечающие развитию затопленной струи и струи в спутном по­токе. Это обстоятельство становится существенным для развития факела при сложном начальном профиле и будет рассмотрено в § 4-3.