Коаксиальный газовый факел

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.

«в

К>

Коаксиальный газовый факел

Х/Л,

17-й калибр

ГПри?-1 л ри2/р, и? О Т/Тф * ри/ргиг О Ц/Ц, x/d,

ГПриг=2 д риг/рги$ □ Т/Тф • ри/р2иг о U/Uf x/d,

-З -2-1 О 1 2 3у/г, -3-2-1 0 1 2 3 ty/fi, -3-2-10 1 2 3 tyft

Рис. 4-ІЗ. Распределение Т, ц, ри и pu2 в коаксиальном факеле при d2/dx = 3.

Д ри /р, и, а Т/Тф • pu/fau, о и/и,

Т. риг-0,5 „г

Коаксиальный газовый факел

П-й калибр

З у/г,

Зу/т,

Рис. 4-14. Распределение Т, и, ри и ри2 в коаксиальном факеле при /лрц3 = 0,5.

W

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,

Таблица 4-1

Основные характеристики

Отношение диаметров сопел

1,3)

3

Днаметр внутреннего соп­

Ла, мм………………………………………..

20

20

20

Диаметр внешнего сопла.

Мм………………………………

27

40

60

Вид топлива………………………………..

Смесь бутана и

Пропа нч

Смесь бутана к пропана

Смесь

Бутана

И пропана

Скорость истечения газа из

66

Внутреннего сопла, м(сек.

68

70

68

69

67

58

68

68

69

68

61 ‘

68

68

67

67

6S

Скорость истечения возду­

Ха на внешнего сопла,

Mjcetc……………

14

22

31

42

56

53

13

21

28

36

50

53

12

19

27

36

5S

Отношение начальных ско­

Ростей истечения воздуха 1

И газа………………………………………….

0,2]

0,31

0,46

0.61

0.84

0.91

0,19

0,31

0.41

0,53

0,76

0,87

0.18

0.28

0.4

0.54

0,8

Температура газа на выхо­

Де нз внутреннего сопла.

1250

1270

1210

1260

1220

1220

1240

1240

1240

1210

1190

1160

1240

1240

1220

1210

118»

Температура воздуха на

Выходе нз внешнего соп­

Ла……………………………..

540

520

520

480

•,20

380

470

430

400

350

330

320

400

390

380

350

330

Отношение начальных тем­

Ператур (плотностей) воз­

3.46

3,61

3.63

3.5»

Духа и газа…………………………………

2,32

2,44

2,42

2,62

2,9

3.21

2,64

2.89

3.1

3,1

3.18

3,22

3,56

Отношение начальных зна­

Чений плотности ■ потока

Массы воздуха н газа. . .

0.49

0.76

1,11

1,6

2,43

2.92

0,5

0,9

1.27

1,83

2,75

3,15

0.56

0,89

1,29

1.92

2,8&

Отношение начальных зна­

Чений динамического дав­

Ления воздуха и газа. . .

0,1

0,24

0.5

1

2

2.7

0.1

0.27

0,5

I

Ч

2,82

0,1

0.26

0,5

1

2

Температура окружающего

300

300

300

300

300

30»

Воздуха, °К…………………………………

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

Максимальная температура

Факела, °К…………………………………..

1710

1710

1690

1630

1520

1480

1740

1700

1640

1520

1420

1340

1740

1720

1680

1540

147»

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

Коаксиальный газовый факел

Коаксиальный газовый факел

Рис. 4-15. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных по распределению ри2 в коаксиальной струе.

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

Коаксиальный газовый факел

Рис. 4-16. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных по распре, делению рца в коаксиальном факеле.

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).

Комментирование на данный момент запрещено, но Вы можете оставить ссылку на Ваш сайт.

Комментарии закрыты.


gazogenerator.com