Подведем основные итоги и укажем в связи с этим некоторые результаты более поздних работ, а также задачи дальнейших иссле­дований. Последовательное рассмотрение задач теории прямоструйного факела (от горения неперемешанных газов при бесконечно большой скорости реакций до теплового режима гомогенной смеси) позволило создать достаточно стройную, хотя во многом еще не завершенную теорию этого простейшего вида факела. Остановимся кратко на развитии рассмотренных выше вопросов.

Заметим прежде всего, что последовательное применение мето­дов аэродинамической теории факела дает возможность рассмотреть единообразно весьма широкий круг задач о диффузионном горении. В частности, используя интенсивно развиваемые в последние годы интегральные методы теории струй 1, можно простым путем вы­явить характер зависимости длины различных типов диффузионных пламен (ламинарный или турбулентный, плоский и осесимметрич — ный, также полуограниченный, веерный и другие факелы) от основ­ных параметров. Анализ показывает, например, что длина осесим­метричного факела, ламинарного или турбулентного, пропорцио­нальна стехиометрическому комплексу Q — , тогда как длина

Сб~

Плоского ламинарного факела пропорциональна кубу этого комп­лекса, а длина плоского турбулентного факела — квадрату. При­веденный пример, как и другие, здесь не обсуждаемые, говорит об известной перспективности применения в теории факела наряду с другими расчетными схемами интегральных методов расчета струй.

Заслуживают уточнения данные, относящиеся к переходному режиму течения в свободных струях и факеле. Специальные опыты (и обработка литературных данных) показывают, что в струях и факеле при некотором значении числа Rех=итх/ (порядка 2 — г — 3 • 104) наблюдается характерный критический переход от ламинарного ре­жима течения к турбулентному. Для этого перехода типичны резкое локальное расширение струи и гистерезисный излом кривой и /и0 =

‘А. С. Гиневский, Метод интегральных соотношений в теории турбулентных струй, Сб. «Промышленная аэродинамика», вып. 27, «Машино­строение», 1966.

= f (Re). Что касается зависимости длины факела от числа Re, то рассмотренная в первой главе картина (пропорциональность /ф —Re в ламинарной области, постоянство /ф — const — в тур­булентной и характерный нелинейный критический переход «сверху» — см. рис. 1-5) относится к случаю пренебрежения влиянием объемных сил. В опытах при сравнительно больших значениях числа Архимеда (заметное влияние подъемной силы) была обнару­жена вторая, бескризисная, форма перехода. В этом случае нара­стание длины факела при переходе от ламинарного режима к тур­булентному происходит плавно, монотонно (переход «снизу»). Это качественно совпадает с другими случаями проявления объемных сил в переходной области, например центробежной силы при дви­жении в змеевиках [21] или электромагнитной силы при движении проводящей жидкости в поперечном магнитном поле [22].

Для теории турбулентного факела (так же как и для теории турбулентных струй) большое значение имеет изучение структуры пульсационного движения. Один из важных, сравнительно новых итогов исследования свободных струй несжимаемой жидкости со­стоит в том, что результаты прямых термоанемометрических изме­рений турбулентного напряжения трения (т/р = u’v’) практически совпадают с результатами расчета на основе уравнений для осред — ненных величин. Это существенно подкрепляет полуэмпирические методы расчета и позволяет в факеле, как и в струях, подойти к оценке величины различных членов в уравнении баланса пуль­сационной энергии.

Наряду с этим заслуживают большого внимания и развития ме­тоды активного воздействия на турбулентную структуру струй и фа­кела [23]. В частности, применение механического турбулизатора (в виде вращающегося с регулируемым числом оборотов диска, установленного перед соплом [24]) приводит к существенному повы­шению начального уровня турбулентности (до 15—20%). В резуль­тате (при значениях числа Струхаля Sh = nda/ua 0,06 0,10) в свободной струе практически полностью исчезает начальный уча­сток, заметно интенсифицируются эжекция и теплообмен и соот­ветственно нарастает темп затухания струи. Применение такого же турбулизатора к газовому факелу вызывает резкую интенсификацию горения — сокращение примерно вдвое длины факела, повышение теплонапряженности и др.

В результате более полных и систематических исследований фа­кельного горения при активном воздействии на аэродинамику про­цесса (указанным выше или другим аналогичным способом) могут быть разработаны практические приемы эффективного регулирова­ния процесса.

Дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования аэродинамики различных типов факелов будут способствовать сбли­жению работ теоретического и прикладного направлений. Это отно­сится к топочным устройствам стационарной и транспортной энер­гетики, к металлургическим печам [25] и др. Целесообразно в связи с этим коснуться основных аэродинамических схем газового факела, являющихся составными элементами большого числа различных то­почных устройств.

Наряду с подробно рассмотренной в тексте схемой прямоструй — ного факела (затопленного, спутного, коаксиального и др.) значи­тельный практический интерес представляют другие, более сложные и менее изученные схемы. В их числе прежде всего следует упомя­нуть закрученный факел. Теория закрученных струй удовлетвори­тельно описывает такое движение только для случая слабой крутки потока, которому отвечает практическое отсутствие влияния вра­щательного течения на поступательное (и радиальное). При этом из анализа выпадает наиболее характерное явление — образование рециркуляционных зон обратных токов. Между тем, как известно, именно эти зоны в закрученном факеле, также в следе за стабили­затором в виде плохо обтекаемого тела или в углах камеры ограни­ченного размера определяют условия зажигания и стабилизации факела. Однако распространение теории и методов расчета струй на течение с сильной круткой отнюдь не бесперспективно. Наоборот, и об этом свидетельствуют отдельные попытки приближенного рас­чета, в результате обобщения опытных данных можно будет, по-ви­димому, построить и для этого типа течения схему инженерного расчета струй и факела. В качестве интересного примера исследо­вания закрученного диффузионного факела сошлемся на работу по изучению «огненного вихря» [26].

Сказанное здесь в значительной мере относится и к схожему в аэродинамическом отношении случаю течения в следе за плохо обтекаемым телом. Что касается распространения струй и факела в ограниченном пространстве, то для этого типа задач уже сейчас можно с известным приближением применять те же методы расчета, например метод эквивалентной задачи теории теплопроводности (для полного импульса, т. е. суммы р + ри2), что и в теории сво­бодных струй и факела. При этом продольный градиент давления должен быть определен из расчета течения в одномерном прибли­жении.

Недостаточно изучены распространенные в топочной технике струйные течения, которые можно условно объединить под назва­нием пересекающихся струй. Речь идет, прежде всего, о распро­странении одной или нескольких струй в сносящем потоке (попе­речном или ориентированном под некоторым углом). Для течений такого типа имеется значительное число экспериментальных данных и отдельные успешные, хотя и не доведенные до конца попытки тео­ретического обобщения их. В качестве первого приближения при построении систематической картины движения может быть исполь­зован так называемый метод наложения скоростных напоров. Это относится и к интересному в связи с проблемой струйной стабили­зации пламени случаю распространения струи (факела) во встреч­ном потоке.

К этой же группе течений относятся сложные струи, образую­щиеся при истечении газа из расположенных под углом сопел. И здесь для начального участка применим в качестве грубого рас­четного приема метод наложения, тогда как на основном участке наиболее эффективен метод эквивалентной задачи, допускающий учет сложного начального профиля.

Исследование аэродинамики этих схем в значительной мере спо­собствовало бы более полному и физически ясному пониманию про­цессов, происходящих в топочных устройствах, и могло бы слу­жить основой для создания инженерных методов расчета. Во всех случаях задачи исследования таких течений близки к принятым при изучении прямоструйного факела. Они сводятся вкратце к опре­делению местоположения зоны горения (факела пламени), областей интенсивного струйного смешения и критических с точки зрения теплового режима горения участков, для которых роизмеримо влияние факторов кинетической и диффузионной природы.