трусики женские украина

На головну

 Вихрові пальники - Теплотехніка

Зміст:

Характеристики закручених потоків 3

Формування закручених течій 7

Топки, пальники і циклони 11

Характерні особливості закручених потоків 15

Зміна структури потоку зі збільшенням закрутки 18

Структура рециркуляційної зони 20

Вихрові пальники, прецессирует вихровий ядро

в потоці з горінням 22

Горіння в закрученому потоці 25

Межі зриву і стійкість полум'я 28

Проектування вихрових пальників 29

Список використаної літератури 31

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ Закручений ПОТОКІВ

Сильний вплив закрутки на інертні і реагують течії добре відомо і вивчається протягом багатьох років. Коли ефект закрутки виявляється корисним, конструктор намагається створити закрутку, найбільш підходящу для вирішення його завдань; якщо ж подібні ефекти небажані, конструктор робить зусилля для регулювання або усунення закрутки. Закручені течії мають широкий діапазон додатків. У разі відсутності хімічних реакцій сюди відносяться, наприклад, течії в вихрових реакторах, циклонних сепараторах і трубах Ранка - Хілша, при зриві вихровий пелени з крил літака, у вирах і торнадо, в пристроях для розпилення аерозолів в сільському господарстві, в теплообмінниках, струменевих насосах , а також теорія бумеранга і польоту бджоли. У течіях з горінням широко використовується сильне сприятливий вплив закрутки інжектіруемих повітря і пального на поліпшення стабілізації високоінтенсивних процесів горіння і при організації ефективного чистого згоряння в багатьох практичних пристроях: в бензинових і дизельних двигунах, в газових турбінах, промислових печах, бойлерах та інших технічних нагрівальних апаратах . Останнім часом зусилля дослідників були спрямовані на розуміння і опис аеродинаміки закручених течій з процесами горіння газоподібних, рідких і твердих палив. Економічне конструювання та екологічність роботи технічних пристроїв з горінням можуть бути значно поліпшені додатковими експериментами і модельними дослідженнями. При цьому експериментальна і теоретична аеродинаміка течій з горінням використовується разом зі складними методами обчислювальної гідродинаміки. Розвиток і вдосконалення цих методів дозволять значно знизити витрати часу та коштів на програми розвитку нових пристроїв.

Закручені течії є результатом повідомлення потоку спірального руху за допомогою закручують лопаток, при використанні генераторів закрутки з осьовим і тангенціальним підведенням або прямої закруткою шляхом тангенціальною подачі в камеру з формуванням окружний компоненти швидкості (званої також тангенціальною або азимутальної компонентою швидкості). Експериментальні дослідження показують, що закрутка надає великомасштабне вплив на поле течії: на розширення струменя, процеси підмішування і загасання швидкості в струмені (у разі інертних струменів), на розміри, форму і стійкість полум'я і інтенсивність горіння (у разі реагуючих потоків). На всі ці характеристики впливає інтенсивність закрутки потоку. Інтенсивність закрутки зазвичай характеризується параметром закрутки, що представляє собою безрозмірне відношення осьової компоненти потоку моменту кількості руху до твору осьової компоненти потоку кількості руху і еквівалентного радіуса сопла, т. Е.

(1.1),

де величина

(1.2)

є потоком моменту кількості руху в осьовому напрямку і враховує внесок х - ?-компоненти турбулентного сдвигового напруги; а величина

(1.3)

є потоком кількості руху в осьовому напрямку і враховує внесок турбулентного нормального напруги і тиску (осьова тяга), d / 2-радіус сопла, і, v, ? - компоненти швидкості в напрямку осей х, r, ? циліндричної системи координат.

У вільному струмені, що розповсюджується в затопленому просторі, величини Gхі G?постоянни, т. Е. Є інваріантами для даної струменя.

Якщо використовувати рівняння для кількості руху в радіальному напрямку і знехтувати складовими, то внесок тиску в Gxможно виразити через ? наступним чином:

(1.4).

Цю характеристику найчастіше важко виміряти з хорошою точністю, тому використовуються альтернативні спрощені варіанти. Іноді величину S розраховують без урахування турбулентних напруг, іноді нехтують внеском тиску. У цих випадках величини G?і Gхпрі зміщенні вниз по потоку не зберігаються.

Розглянемо спочатку випадок, коли потік закручений як ціле на виході з сопла, тобто

,.

Іншими словами, профіль осьової швидкості і вважається рівномірним, а швидкість закрутки ? зростає від 0 (при r = 0) до ?m0 (при r = d / 2, тобто на стінці сопла). Якщо вклад тиску в Gхсводітся до обліку доданка ?2 / 2, а турбулентними напруженнями нехтують, то це дає

,,

де Gх = ?m0 / um0- ставлення максимальних швидкостей у вихідному перерізі сопла. Таким чином, параметр закрутки S може бути представлений у вигляді

(1.5),

де зв'язок S і G проілюстрована на рис.1.1, де також наведені експериментальні значення виміряних незалежно величин S і G. Співвідношення S ~ G для обертання газу як цілого правдоподібно описує реальний випадок закінчення з генератора закрутки при G

Рис.1.1. Співвідношення між параметрами S і G, що характеризують закрутку.

Рис. 1.2. Радіальні розподілу осьовий, окружної та радіальної швидкостей на виході з закручує пристрої зі змішаною тангенциально-осьовий подачею, що демонструють вплив зміни ступеня закрутки:

а - осьова швидкість; б - окружна швидкість; в - радіальна швидкість.

S ~ G дає в цьому випадку занижені значення S при заданих значеннях G, так що фактично більш реальним виявляється наступне співвідношення між S і G:

(1.6),

також зображене на рис. 1.1.

Протягом може бути охарактеризоване також локальним параметром закрутки Sx, в якому використовується товщина шару змішування rb, а не радіус сопла d / 2. Крім того, закрутка потоку може виражатися безпосередньо через кут установки лопаток закручує апарату і геометричні параметри сопла, через тягу і крутний момент закручує пристрої, через кут розширення струменя вниз по потоку від сопла і через інші параметри. Доцільно зв'язати кут установки лопаток закручує апарату зі створюваним їм значенням параметра закрутки. У цьому зв'язку для порівняння слід зауважити, що кут установки лопаток (? і параметр закрутки S пов'язані наближеним співвідношенням

(1.7),

де d і dh- відповідно діаметри сопла і втулки закручує апарату. Це співвідношення випливає з припущення про розподіл осьової швидкості в кільцевому каналі, відповідному руху газу як цілого, і допущенню про малій товщині лопаток, що мають постійний кут ? по відношенню до напрямку основного потоку і повідомляють потоку постійну швидкість закрутки. Дійсно, інтегруючи вирази (1.2), (1.3) по r від Rh = dh / 2 до R = d / 2, отримаємо

,,

звідки випливає співвідношення (1.7). У разі безвтулочного закручує апарату (або для апарату з дуже малим відношенням dh / d) наведене вище вираз спрощується таким чином:

(1.8),

так що, наприклад, кути установки лопаток 15 °, 30 °, 45 °, 60 °, 70 ° і 80 ° відповідають значенням S, рівним приблизно 0,2; 0,4; 0,7; 1,2; 2,0 і 4,0 відповідно. Тут передбачається 100% -ва ефективність закручує апарату, але насправді вона зменшується при збільшенні кута установки. На рис.1.3 наведено приблизний вид залежності кута виходу потоку повітря ? для закручує апарату з плоскими лопатками від кута установки лопаток ? і відносини кроку установки лопаток до довжини хорди ? = s / c. Слід також зазначити, що доцільно використовувати вигнуті лопатки в гратах закручують апаратів, і за деякими експериментальними даними відомо, що ефективний кут закрутки, що повідомляється потоку, визначається кутом установки задньої кромки.

Рис.1.3. Зміна кута виходу ? для закручує пристрої з плоскими лопатками в залежності від кута установки лопаток ? і відносини кроку установки до хорди ? = s / c, отримане на основі даних для каскаду плоских лопаток (а) і даних для каскаду криволінійних лопаток (б).

На рис.1.3 б, наведено відповідні позначення для кута виходу потоку повітря ?, залежного від кута установки задньої кромки лопатки ? (рівного 180 ° -?) і відносини кроку установки лопаток до довжини хорди ?. Тут використані наступні позначення:

? - кут повороту потоку,

? - кінцевий кут повороту лопаток,

? - кут відставання, рівний ?-?,

? - кут хорди лопатки, рівний 180 ° -?,

R - радіус кривизни,

с - довжина хорди лопатки,

s - відстань між лопатками (крок установки лопаток),

і зв'язок між цими параметрами виражається наближеним співвідношенням Картера

де Mс- функція кута хорди лопатки, яку можна апроксимувати виразом

Мс = 0,002? + 0,21.

І, нарешті, у випадку закручує пристрої з адаптивним блоком параметр закрутки визначається наступним виразом:

, (1.9)

де ? = ?1 / ?1для радіально підводиться потоку, R і Rh- зовнішній і внутрішній радіуси пристрої, В - довжина пристрою.

Вивчення камер згоряння різних розмірів при використанні вхідних сопел однакового розміру з однаковим кутом установки лопаток ? показало, що розмір і форма центральної тороідального рециркуляційної зони (ЦТРЗ) залежать від діаметра камери згоряння. Для опису що реалізуються в цьому випадку типів течій зручно використовувати модифікований параметр закрутки

(1.10),

в якому діаметр сопла замінюється діаметром камери згоряння.

2. ФОРМУВАННЯ Закручений ТЕЧІЙ

Закрутка потоків створюється трьома основними методами:

використанням тангенціального підведення (генератор закрутки з осьовим і тангенціальним підведенням);

застосуванням напрямних лопаток (закручує пристрій);

безпосереднім обертанням (обертається труба).

На рис.1.4 показано закручує пристрій (з осьовим і тангенціальним підведенням), широко використовується для створення однорідних стійких струменів для детальних експериментальних досліджень. Кількість подаваного повітря може регулюватися і вимірюватися окремо, так що простим зміною витрат повітряних потоків можна змінювати ступінь закрутки від нульової до дуже високою, що приводить до утворення сильно закручених струменів із зворотними струмами. Для таких систем потрібно відносно високий рівень повного тиску, і в промислових пальниках часто використовуються системи з направляючими лопатками, в яких лопатки розташовані таким чином, що вони змінюють напрямок потоку.

Рис.1.4 закручувати пристрій з осьовим і тангенціальним підведенням.

При радіальному підводі повітря до закручуємо пристрою радіальні і тангенціальні кути лопаток можуть бути змінені на місці при реалізації закручує пристрої з адаптивним блоком, що в кінцевому підсумку аналогічно використанню тангенціального підведення. Система з адаптивним блоком ефективна в тому випадку, коли необхідно створити певний рівень закрутки при відносно низькому перепаді тиску, оскільки при цьому можна отримати високу інтенсивність закрутки. У разі осьового течії в трубі закручує пристрій або закручує лопатковий апарат складається з фіксованих лопаток з кутом установки ? щодо направлення основного потоку. Ці лопатки відхиляють потік і надають йому обертальний рух. Такий метод використовується в топках і газотурбінних камерах згоряння. Зазвичай лопатки встановлюються на центральній втулці і розташовуються в кільцевої області навколо неї. З метою поліпшення умов на виході робились спроби використати закручують пристрої без втулок, однак зрив потоку на лопатках зумовлює складну картину перебігу і призводить до порушення осьової симетрії. Закрутка може бути також створена безпосереднім обертанням потоку. Так, в одному з експериментів використовувався циліндр, що обертається з частотою 9500 об / хв і створює закрутку силами тертя на стінці циліндра, що діють на що проходить через нього потік. Внаслідок відносно низькою в'язкості повітря таким методом можна створити лише невелику закрутку. Сили тертя можуть бути значно збільшені установкою під обертає трубу перфорованих пластин, пучків труб або пористих дисків. На виході з таких систем виходять профілі швидкості, відповідні закрутки газу як цілого, аналогічно нагоди захоплення частинок рідини диском, що обертається з постійною кутовою швидкістю ?. У в'язкої рідини обертаються течії (тобто вихори) завжди містять центральне ядро ??з обертанням рідини як цілого (або вимушений вихор). Поза центральній області можуть переважати умови вільного (або потенційного) вихору, що спостерігається при утворенні в атмосфері смерчів, пилових бур, торнадо, ураганів і циклонів. Вогневі смерчі, що виникають при лісових та міських пожежах, можуть бути змодельовані в лабораторних умовах обертанням великого циліндричного екрану з дротяної сітки над розлитим рідким пальним або над газовим факелом, коли полум'я розташовується по центральній вертикальної осі циліндра.

Для класифікації та оцінки цих типів течій доцільно розглянути рух рідини в циліндричних координатах. Передбачаються осьова симетрія і рівність нулю радіальної і осьової швидкостей (u = v = 0). Тоді єдиною ненульовий компонентою швидкості виявляється окружна, що залежить тільки від радіуса ? = f (r). Завихореність зі визначається як ротор вектора швидкості. У простому випадку обертається рідини, коли u = v = 0 і швидкість закрутки залежить тільки від радіуса г, завихренность дорівнює

,

тобто відмінна від нуля лише x-компонента вектора ?. В обертових течіях з розподілом окружної швидкості

? = c / r (1.11)

завихренность дорівнює нулю (зі == 0). Такі течії є потенційними (безвихорової) і називаються потенційними або вільними вихорами.

Течії з обертанням рідини як цілого мають розподіл швидкості

? == c'r (1.12)

і називаються вимушеними вихорами. Ясно, що вектор ? в них відмінний від нуля і такі течії називаються завихрення.

У будь-якому випадку циркуляція Г вздовж однієї з концентричних траєкторій обертального руху визначається виразом Г = 2?r?, де ? не залежить від ?. Іншим параметром є кутова швидкість відносно центральної осі ? = ? / r. Загальні характеристики вихорів наведені в табл.1.1.

Всі три типи вихорів в реальних рідинах мають центральне вихровий ядро ??з ненульовою завихрення. Окружна швидкість дорівнює нулю на осі симетрії. Вільні і вимушені вихори можна розрізнити по радіальному положенню максимуму окружної швидкості; т. е. у вільному вихорі максимум розташований поблизу осі симетрії, у той час як у вимушеному вихорі максимум знаходиться на зовнішньому кордоні вихору. Всі величини для складеного вихору Ренкіна (або вільно-вимушеного вихору) визначаються виразами для вимушеного вихору при малих r і виразами для вільного вихору при великих r.

Таблиця 7.7.

Загальні характеристики вихорів

 Параметри Вимушений вихор (обертання середовища як цілого) Вільний (потенційний) вихор Складовою вихор (вихор Ренкіна)

 Окружна швидкість ? ? = с'r ? = C / r

 Кутова швидкість ? С '= const

 C / r 2 (функція радіуса) Функція радіуса

 Циркуляція Г

 2??r 2 2?C

 Завихореність ? 4?? = const 0

При виборі закручує пристрої вирішальним чинником є ??його ефективність, оскільки лише частина падіння тиску на пальнику переходить у кінетичну енергію получающегося закрученого струменевої течії, інша частина механічної енергії втрачається. Можна ввести параметр ?, званий коефіцієнтом потоку кінетичної енергії кільцевого закрученого течії. Його значення залежить від типу створеного вихору, зовнішнього і внутрішнього діаметрів труби.

Рис.1.5. Коефіцієнт потоку кінетичної енергії ? в кільцевому закрученому перебігу у випадку рівняння вихору ? = const rn.

Рис. 1.6. Ефективність закрутки ? залежно від параметра закрутки S для різних закручують пристроїв:

1 - закручує пристрій з адаптивним блоком (R = 80 мм); 2 - закручує пристрій з осьовим і тангенціальним підведенням; 3 - закручує пристрій з направляючими лопатками (R = 62 мм).

І від розподілу окружної та осьової швидкостей, які можуть не відповідати обертанню газу як цілого. Значення ? для різних типів вихорів з ? = Сгnпріведени на рис. 1.5. Можна бачити, що для будь-якого заданого значення параметра закрутки вихор при русі газу як цілого (n = 1) являє собою випадок мінімуму кінетичної енергії, а вільний вихор (n = -1) дає максимум кінетичної енергії. Вихори з постійною окружною швидкістю (n = 0) являє собою проміжний випадок між вихором з розподілом швидкості, відповідним руху газу як цілого, і вільним вихором, і у випадку, коли момент кількості руху в значній мірі сконцентрований в зовнішній частині потоку (n = 3 ), виходять значення ?, лише незначно перевищують значення, відповідні руху газу як цілого.

Ефективність закрутки в при заданій інтенсивності закрутки являє собою відношення кінетичної енергії закрученого потоку, що протікає через горло пальника, до падіння статичного тиску між вхідним перерізом і горлом. На рис.1.6 представлені експериментальні значення ? для різних значень параметра закрутки S і різних типів закручують пристроїв.

1. закручувати пристрій з осьовим і тангенціальною подачею найбільш ефективно при малих інтенсивностях закрутки, але малоефективне при великих інтенсивностях закрутки. Наприклад, при S = ??1 його ефективність ? = 40%. Настільки низька ефективність пов'язана головним чином з великою площею внутрішньої поверхні внутрішньої труби пальники, особливо вверх по потоку від отвору тангенціальною подачі.

2. закручувати пристрій з адаптивним блоком має відносно низьку ефективність при низької і середньої інтенсивності закрутки (? = 58% при S = ??0,4), але його ефективність залишається незмінною і може навіть підвищуватися при більш високій інтенсивності закрутки.

3. закручувати апарат з радіальної подачею потоку має відносно високу ефективність (? = 75% при S = ??1).

4. закручувати апарат з осьовим подачею має відносно низьку ефективність (? = 30% при S = ??1).

Ефективність закрутки являє собою міру створення конкретної інтенсивності закрутки S; це зовсім не міра ефективності створення певного типу поля течії; це означає, що при однаковій інтенсивності закрутки різними типами закручують пристроїв (з різними профілями швидкості на виході) створюються різні поля течії вниз по потоку.

3. ТОПКИ, ПАЛЬНИКИ І ЦИКЛОНИ

На ріс.1.30 приведений ескіз експериментальної топки Міжнародної організації дослідження горіння (IFRF) зі змінним відведенням тепла, використаної для докладного експериментального дослідження гідродинаміки і теплообміну. Топка має довжину приблизно 6,3 м і поперечний переріз 2Х2 м. Вона складається з 17 поперечних охолоджуються водою секцій. Пальник і труба розташовані в центрі торцевих поверхонь. Під час випробувань серії М-3 використовувалися дві високошвидкісні тунельні пальники для природного газу, показані на ріс.1.31, в яких досягається повне згоряння на виході з пальника. Продукти згоряння надходять у топку без закрутки і горизонтально або під кутом 25 ° до горизонту. У попередніх випробуваннях в IFRF були досліджені полум'я розпорошеної нафти і подрібненого в порошок вугілля з закруткою.

Ріс.1.30. Експериментальна топка IFRF для дослідження теплообміну в серії випробувань М-3.

Існує багато різних типів топок - топка котла електростанції відрізняється, наприклад, від топок у металургійній та обробної промисловості. Топки відіграють найважливішу роль в сучасному суспільстві, і їх ефективність та характеристики забруднення середовища можуть призвести до далекосяжних наслідків. Однак у всіх випадках особливо важливою є можливість управління полум'ям з метою створення заданих розподілів променистого і конвективного теплообміну, повного згоряння, запобігання шуму, пульсації та чутливості до змін властивостей палива. У більшості топок полум'я надається деяка закрутка з метою підвищення стійкості, тоді як в деяких інших випадках, наприклад в котлах з тангенціальною подачею палива, потоки на вході направляються тангенциально до вогневого ядру, що утворюється в центрі камери.

Ріс.1.31. Конструкції високошвидкісних тунельних пальників: а - горизонтальна; б - похила.

Тоді в камері з закруткою виникає слабкий ефект циклонного типу або в результаті виходить циклонна камера з рухом закрученого потоку щодо геометричної осі обладнання. Важливими кінцевими характеристиками процесу є температура, розподіл теплових потоків на стінках і ефективність згоряння, і вони безпосередньо пов'язані з утворенням забруднюючих речовин, таких, як сажа і оксиди азоту. Конструктору і оператору необхідно знати, як ці параметри залежать від кількості руху і кута подачі струменів палива, температури попередньо підігрітого повітря і форми камери. Ясно, що проблема моделювання дуже складна, вона включає взаємодію турбулентного горіння багатьох хімічних компонент з багатофазними процесами (частки рідкого або твердого палива і вуглецю в поле течії) і з променистим теплопереносом. Як вказується в літературі, моделювання в тій чи іншій мірі включає розподіл за розмірами частинок (розраховане в діапазонах кінцевих розмірів у всіх точках області), потокові або. зонні характеристики променевого теплопереноса і дані про розподіл сажі (сажа утворюється в результаті термічного розкладання вуглеводнів і ліквідується окисленням; обидва процеси являють собою складну задачу хімічної кінетики).

У разі турбулентних дифузійних пламен процес згоряння визначається структурою потоку і змішуванням. В огляді обговорюються методи розрахунку, засновані на законах подібності турбулентних струменів, теорії потоку в гомогенному реакторі і на повних рівняннях в приватних похідних для турбулентного течії. При згорянні крапель і частинок необхідно враховувати швидкості гетерогенних реакцій і потрібно знати розподілу часток за розмірами і в просторі. Емісія забруднюючих речовин, таких, як вуглеводні, сажа і оксиди азоту, може бути зменшена відповідним управлінням закономірностями зміни температури і концентрації в області згоряння. В огляді представлені також методи розрахунку променевого потоку тепла від полум'я до теплових стоків в порядку зростаючої складності: модель з хорошим перемішуванням, модель довгою топки, багатопотікове модель і зонний метод аналізу.

Розглянемо тепер деякі застосування закручених течій: в пальниках, вихрових пристроях і циклони.

Особливий випадок представляють тороїдальні пальника (ріс.1.36), які конструюються спеціально для досягнення високої інтенсивності тепловиділення при високій температурі в результаті спалювання рідкого або газоподібного палива з безпосереднім використанням кисню. Продукти згоряння з високим ступенем дисоціації забезпечують дуже великі конвективні потоки тепла при рекомбінації на більш холодних поверхнях; приклади їх застосування включають процеси рафінування сталі і міді при їх виробництві електродуговим методом або в мартенівських печах. У цих пальниках іноді виникає нестійкість, аналогічна зустрічається в ракетних двигунах. Для ракетних двигунів характерні три основні типи нестійкості: нестійкість в камері згоряння, нестійкість системи і власна нестійкість. До першої категорії належать явища гідродинамічної нестійкості, що виникають у багатьох системах згоряння, але особливо в камерах згорання твердопаливних і гібридних ракетних двигунів. Приклад наведено на ріс.1.37, де в певної конструкції камери згоряння, аналогічної тороідального пальнику, виникає гідродинамічна нестійкість. Поблизу форсунки утворюється тороидальний вихор. Він захоплює гарячі газоподібні продукти згоряння, що надходить з форсунки окислювач, газоподібне пальне з області поверхні пального, дотичної з вихором. При критичних умовах суміш цих газів запалюється і згорає, створюючи місцеве підвищення тиску, що розповсюджується вниз по потоку. Цей процес періодично повторюється.

У багатьох інших типах циклонних пилових газоочисники, циклонних сепараторів, Пилоосадителі з обертовим потоком і форсунок для розпилення рідкого палива використовуються властивості закрученого і вихрового течій. Наприклад, в циклонних сепараторах (ріс.1.38) великі частки відкидаються до стінок під дією відцентрових сил (або внаслідок недостатньої величини доцентрових сил) в сильно закрученому потоці. Вони опускаються разом із вторинним перебігом і збираються в нижній частині, в той час як відносно вільний від пилу повітря продовжує рух у центральному ядрі і виходить у протилежного кінця.

Відцентрові ефекти також виявляються в нагрівачах типу бака з перемішуванням, коли бак з рідиною нагрівається від навколишнього парової сорочки. Перемішування рідини за допомогою колеса з лопатками і встановлені на стінці перегородки збільшують турбулентність і інтенсифікують теплоперенос.

4. ХАРАКТЕРНІ ОСОБЛИВОСТІ Закручений ПОТОКІВ

У паливоспалюючих пристроях поряд з іншими можливостями впливу на характеристики полум'я часто використовується закрутка. Закрутка повітря, палива, що впорскується або того й іншого вельми сприятливо позначається на структурі течії, що в свою чергу сприяє досягненню проектних характеристик пристроїв. Для того щоб надати потоку обертання, використовуються лопаточні завіхрітелі, що закручують пристрої з аксіально-тангенціальним підведенням, а також безпосередній тангенціальний вдув в камеру згоряння. Інтенсивність закрутки зазвичай характеризується безрозмірним параметром S, який являє собою відношення потоку моменту кількості руху до потоку осьового імпульсу, помноженому на еквівалентний радіус сопла. Згідно з експериментальними даними закрутка впливає на великомасштабну структуру потоку і пропорційно своїй інтенсивності змінює ширину струменя, швидкість ежекції, темп виродження нерівномірності (в хімічно інертних потоках), розмір, форму і стійкість факела і інтенсивність процесу горіння (в потоках з хімічними реакціями). У сільнозакрученних потоках (де S> 0,6) є значні осьові і радіальні градієнти тиску, які призводять до утворення ЦТВЗ, відсутньої при менших значеннях параметра закрутки. Наявність цієї зони з інтенсивною завихрення сприяє виконанню ряду вимог, що пред'являються до камер згоряння, а саме дозволяє:

1. Зменшити довжину факела за рахунок підвищення швидкості ежекції повітря з навколишнього середовища і збільшення інтенсивності перемішування поблизу зрізу сопла і меж рециркуляційної зони.

2. Підвищити стійкість факела завдяки залученню гарячих продуктів згоряння в рециркуляційну зону.

3. Збільшити час життя обладнання та зменшити потребу в його ремонті, оскільки стабілізація здійснюється аеродинамічними засобами, і тому вплив полум'я на тверді поверхні (вплив, що приводить до перегріву і утворення нагару) мінімально.

Крім ЦТВЗ, що з'являється при значеннях параметра закрутки, що перевищують деяку критичну величину, в каналі з раптовим розширенням може виникати кутова рециркуляційна зона. Про існування цієї зони і про її вплив на характеристики полум'я добре відомо фахівцям з горіння, які намагаються використовувати рециркуляцію гарячих продуктів згоряння і плохообтекаемую форму зони як засіб підвищення ефективності процесу горіння. У складних турбулентних реагуючих потоках взаємний вплив розпилення палива, закрутки, великих зсувних напруг і рециркуляційних зон сильно ускладнює дослідження стійкості полум'я, його усереднених і пульсаційних характеристик.

Як уже зазначалося, навіть основні властивості течії кількісно визначені з недостатнім ступенем точності; це відноситься, наприклад, до кутовий і пріосевой рециркуляційним зонам, існування, форма і розмір яких залежать в основному від наступних факторів:

1. Інтенсивність закрутки; характеризується параметром закрутки S або кутом установки лопаток завихрителя ?.

2. Спосіб створення закрутки - за допомогою лопаточного завихрителя або закручує пристрої з тангенціальним підведенням, а в залежності від типу пристрою реалізується обертання за законом вільного вихору, за законом обертання як цілого або потік з рівномірним розподілом окружної швидкості.

3. Наявність втулки (відношення d / dh).

4. Ступінь діффузорного камери згоряння (відношення D / d).

5. Наявність на виході вихровий пальники диффузорной надставки (з огнеупора) або камери з раптовим розширенням.

Форма надставки, кут нахилу торцевій стінки камери з раптовим розширенням ?.

6. Процес горіння.

7. поджатие вихідного перетину камери згоряння.

8. Форма лопаток завихрителя - плоскі або профільовані.

9. Форма лопаток завихрителя - радіальні або просторові.

Рис. 4.1. Схема вихровий пальники з аксіально-тангенціальним підведенням:

1 - трубка для вприскування палива; 2 - аксіальна подача повітря; J - тангенціальна подача повітря; 4 - напрямні пристрої; 5 - чотири прямокутних отвори розміром 20 X 100 мм для тангенціальною подачі повітря.

На практиці найбільш поширені два типи паливоспалюючих пристроїв, в яких використовується закрутка:

Рис.4.2. Схема камери згоряння циклонного типу з розподіленою подачею палива і повітря (конструкція ЕНІН). Камера відноситься до типу IV.

1) вихорову пальник (рис.4.1), з якої потік закінчується в атмосферу, в топку або замкнуту порожнину. Горіння відбувається головним чином за перетином виходу поза пальники. Набір таких пальників можна використовувати для підтримки вогню в топці або в замкнутому обсязі.

2) камера згоряння циклонного типу, в якій підведення повітря здійснюється тангенціально, а вихлоп проводиться через отвір у центрі торцевій поверхні (рис. 4.2). Горіння відбувається головним чином усередині циклону, а його стінки часто служать теплообмінником.

При досить великих значеннях числа Рейнольдса і великий величиною параметра закрутки (Re> 1,8 - 104і S> 0,6) в обох системах утворюється ЦТВЗ і генерується високий рівень турбулентності. Циклони зазвичай використовуються для спалювання погано негайних матеріалів, таких, як буре вугілля, вугілля з великою зольністю або органічні відходи. Течії з сильною закруткою, що приводить до утворення рециркуляційних зон, можна створити різними способами:

тангенціальним підведенням (закручує пристрій з аксіально-тангенціальним підведенням)

безпосереднім обертанням (обертається труба);

спіральним закручують пристроєм;

еймёйденскім закручують пристроєм з адаптивними блоками (більш докладний опис дано нижче.

При створенні лопаткових завихрителей в даний час використовуються профільовані просторові лопатки, які більш ефективно закручують потік. У таких лопаток передня кромка розташовується назустріч набігаючого потоку, і тому відривна зона мінімальна, а в результаті виходить більш рівномірний потік на виході. Важливою характеристикою таких лопаток є кут установки задньої кромки.

Крім параметра закрутки потік, в якому спостерігається явище розпаду вихору, характеризується також числом Рейнольдса, определяющимся параметрами на виході з сопла і його діаметром:

де Ucp - середнє значення осьової складової швидкості ,. v-кінематична в'язкість, що залежить від температури на виході з сопла.

При наявності в закрученому потоці прецессірующего вихрового ядра (ПВЯ) необхідно, згідно враховувати ще декілька параметрів:

- Наведений момент кількості руху; - Потік моменту кількості руху;

- Приведена інтенсивність пульсації давленія.5. Зміна структури потоку зі збільшенням закрутки

З точки зору організації процесу горіння одне з найбільш істотних і корисних явищ в закручених струменевих течіях - це утворення пріосевой рециркуляційної зони при надкритичних значеннях параметра закрутки. Шляхом осереднення за великим інтервалу часу кордон рециркуляційної зони і зон зворотних струмів можна визначити досить точно. Миттєве ж положення кордонів і точок гальмування зазнає значні коливання в просторі, оскільки зазвичай в таких потоках рівень турбулентних зсувних напруг і інтенсивності турбулентності дуже високий. Лінії струму в кільцевої закрученою вільної струмені, визначені за виміряним розподілів осредненной за часом швидкості. Рециркуляційна зона відіграє важливу роль в стабілізації полум'я, оскільки забезпечує рециркуляцію гарячих продуктів згоряння і скорочує розмір області, в якій швидкість потоку порівнюється зі швидкістю поширення фронту полум'я. Істотно коротшають довжина факела і відстань від пальника, на якому відбувається стабілізація полум'я.

Звичайно, вплив закрутки на потік поряд з параметром S визначається ще цілим рядом факторів, наприклад:

а) геометрією сопла (за наявності центрального тіла розмір рециркуляційної зони збільшується, то ж відбувається при додаванні диффузорной надставки на виході);

б) її розмірами - коли закінчення відбувається в камеру (пріосевая ре-діркуляціонная зона в обмеженому потоці більше, ніж у вільному струмені при однакових умовах закінчення);

в) формою профілю швидкості на виході (рециркуляційна зона в потоці, створеному лопатковим завихрювачем, довше за сравнненію з випадком закінчення з закручує пристрої з аксіально-тангенціальним підведенням).

Розмір і форма рециркуляційної зони та відповідної області з підвищеним рівнем турбулентності мають вирішальний вплив на стійкість факела, інтенсивність процесу горіння та інші характеристики полум'я.

Рис. 4.5. Розподіл поздовжньої складової швидкості уздовж осі при різних значеннях параметра закрутки

Рис. 4.6. Зміна максимальних значень параметрів уздовж струменя:

Зміна поздовжньої складової 'швидкості уздовж осі струменя круглого перетину при різних значеннях параметра закрутки показано на рис. 4.5; струмінь поширювалася з закручує пристрої з тангенціальним підведенням. При малих інтенсивностях закрутки (5 0,6 на осі з'являється зворотний потік. Спеціальний експеримент, в якому параметр закрутки по можливості безперервно змінювався в діапазоні 0,3 ... 0,64, показав ,. що зміна розподілу відбувається монотонно, без стрибків, не було виявлено суттєвої різниці і при повторенні досвіду зі зміною 5 в тому ж діапазоні, але в зворотній послідовності, Відповідно до зростання темпу розширення струменя зростає швидкість ежекції, внаслідок чого прискорюється виродження нерівномірності швидкості і концентрації рідини, минає з сопла. Це положення ілюструють експериментальні дані, представлені на рис. 4.6, де для різних значень параметра закрутки наведені розподілу уздовж струменя максимальних значень поздовжньої (рис. 4.6, а), окружної (рис. 4.6,6) і радіальної (рис. 4.6, в) швидкостей. При високої інтенсивності закрутки, коли починає утворюватися рециркуляційна зона і з'являються області малих або негативних значень поздовжньої складової швидкості, її максимум зміщений від осі струменя. Відзначимо, що вниз по потоку максимальні значення поздовжньої і радіальної складових швидкості, а також мінімальне значення тиску змінюються обернено пропорційно 'наведеним віддалі від зрізу сопла в ступенях один, два і чотири відповідно.

6. Структура рециркуляційної зони

Рис. 4.7. Ізолінії функції струму Штрихова лінія відповідає нульових значень поздовжньої швидкості

Рис. 4.9а Ізолінії наведеної кінетичної енергії турбулентності. Штриховий лінією позначена межа зони зворотних струмів.

Рис. 4.96. Ізолінії безрозмірною середньоквадратичної величини пульсації окружної швидкості {w ') / uq.

У рециркуляційної зоні інтенсивність турбулентності досягає дуже високого рівня. На кордоні зворотної течії, де середня швидкість дорівнює 0, величина локальної інтенсивності турбулентності прагне до нескінченності. Вимірювання всіх шести компонент тензора турбулентних напруг показують, що розподіл кінетичної енергії турбулентності сильно неоднорідне, а напруга і відповідно тензор коефіцієнтів турбулентної в'язкості сильно неізотропни .На рис. 4.9а показано, що наведена кінетична енергія турбулентності досягає значення 300% за кромкою сопла і швидко згасає на відстані, рівному одному діаметру. При окремому розгляді пульсації поздовжньої і окружний швидкостей виявляється сильна анізотропія турбулентності. Максимум пульсації окружної швидкості (ріс.4.9б) спостерігається прямо під кромкою сопла при 2r / d = 0,8, причому пульсації швидко згасають у напрямку до осі симетрії. Інтенсивність пульсації поздовжньої швидкості має два максимуми, один відразу за кромкою при 2r / d = 0,9 і інший усередині вихровий пальники поблизу осі симетрії. Високі рівні турбулентності обумовлені тривимірним нестаціонарним обуренням закрученого течії - так званим прецессирует вихровим ядром.

Розподілу характеристик турбулентності в слабозакрученних струменях (S 0,5), ПВЯ не є визначальним елементом течії, і ефективний максимум турбулентних пульсації в деяких пальниках уменьшаетсяо і дозволяє використовувати методи, засновані на вимірі пульсації тиску. Спектральний аналіз пульсації тиску в вихрових пальниках показує, що осциляції носять більш випадковий характер, ніж в ізотермічному потоці, а отже, при горінні змінюється і природа процесу змішування. В ізотермічному потоці домінують пульсації швидкості, що мають досить регулярний характеру а при горінні мають випадковий, турбулентний характер тільки закруткою, але також і наявністю дифузора з полууглом розкриття 35 °. Дійсно, якщо вихідна частина має циліндричну форму, то при такій інтенсивності закрутки розпад вихору тільки починається і рециркуляційна зон тільки зароджується. Результати показують, зокрема, що в реагуючих потоках в рециркуляційних областях протягом суттєво неізотропно. При горінні інтеграл від пульсації швидкості, взятий по всьому полю течії, значно більше, ніж в ізотермічному потоці, що в певному сенсі підтверджує гіпотезу про генерації турбулентності при наявності полум'я.

Як показують ці дослідження, характеристики потоків з горінням і без горіння значно різняться, особливо це стосується розподілу поздовжньої швидкості, форми. поперечного розміру і протяжності зони зворотних струмів. На відміну від результатів, отриманих в роботах, тут при горінні протяжність і поперечний розмір зони зворотних струмів значно зростали, зона зворотних струмів простягалася вниз по потоку принаймні на відстань, рівну двом діаметрам вихідного перетину. Інтенсивність пульсації поздовжньої складової швидкості скрізь, за винятком області поблизу вихідного перетину пальника, при горінні зменшувалася. Високий рівень пульсації поздовжньої швидкості спостерігався поблизу кордону рециркуляційної зони. тут же виявлялася істотна анізотропія пульсації. Взагалі, істотна різниця інтенсивностей пульсації поздовжньої і окружний швидкостей в потоках з горінням і без горіння спостерігається в більшій частині поля течії.

Вимірювання показують, що є сильна перемежаемость всередині і навколо рециркуляційної зони, що свідчить про її нестационарном характері. Проведено також вимірювання в шарі змішування стесненного турбулентного дифузійного факела. Розподілу поздовжньої і окружний усереднених за часом швидкостей, середньоквадратичних значень пульсації швидкості, розподіл щільності ймовірності показують, що осредненние і нестаціонарні характеристики поля течії істотно змінюються при варіації тиску на виході з камери згоряння і закрутки повітря на вході. Ці зміни помітно впливають на викиди забруднюючих речовин. Виявлено істотний внесок великомасштабних пульсації в сумарне середньоквадратичне значення турбулентних пульсації швидкості. Вплив великомасштабних пульсації призводить до відмінності випадкового процесу від гауссова і до істотної анізотропії турбулентності в більшій частині початкової ділянки. Зазначена обставина показує, що моделі турбулентності, засновані на гіпотезі про локальний рівновазі, неадекватно описують фізичні процеси в потоці з горінням

В даний час для потоків з горінням, особливо для обмежених потоків, є значна кількість даних про залежність величини потоку маси, залученої в рецірку-ляційними рух, від параметра закруткі.Рассмотрім спочатку вільні течії за вихровий пальником. Порівнюючи результати, отримані в умовах з горінням і без нього, можна помітити, що горіння призводить до значного зменшення величини потоку маси, залученої в рециркуляционное рух, особливо при співвідношенні витрат палива і повітря, близьких до стехіометричної, і при попередньому перемішуванні компонент. Крім цього рециркуляційна зона в потоці з горінням коротше і ширше, ніж у холодному потоці. Початок розпаду вихору і зародження рециркуляції відбуваються при

Порівняння меж зони зворотних струмів при різних значеннях параметра закрутки в потоці з горінням попередньо перемішаних компонент наведено на рис. 4.4. При збільшенні параметра закрутки від 0,7 до 1,25 збільшуються як ширина, так і довжина зони. Те ж саме повинно спостерігатися і в ізотермічному потоці, т. Е. Із зростанням параметра закрутки довжина зони зворотних струмів повинна збільшуватися. Слід зауважити, що за лопатковим завихрювачем без втулки: зони зворотних струмів довгі і вузькі, і тому такі завіхрітелі зазвичай не застосовуються. За кільцевим лопатковим завихрювачем зона зворотних струмів при тих же параметрах закрутки значно ширше і коротше. Для стабілізації полум'я дуже бажано, щоб зона зворотних струмів була короткою і компактною, оскільки в довгій зоні рециркуляция холодних продуктів згоряння призводить до зменшення повноти згоряння і звуження меж зриву полум'я. На характеристики течії за вихровий пальником, так само як на характеристики ізотермічного течії, впливає ступінь стиснення потоку, причому визначальними тут є такі параметри, як відношення діаметра пальника до діаметру топки, коефіцієнт надлишку повітря і вихідний діаметр топки. При досить високих інтенсивностях закрутки в потоці з горінням, так само як і ізотермічному потоці, утворюється пристінна плоский струмінь, периферійна рециркуляційна зона зникає і полум'я прилипає до лицьовій стінці камери. Цей ефект повинен мати місце при параметрах закрутки

S> 1.5, в той час як при S = ??1.25 ще існує периферійна рециркуляційна зона.

У топках з вихровий пальником можна спалювати газові відходи володіють дуже низькою теплотою згоряння: для цього необхідно топку облицювати вогнетривким матеріалом і добре теплоізолювати.

9.ПРЕДЕЛИ ЗРИВУ І СТІЙКІСТЬ ПОЛУМ'Я

У промислових пальниках, що працюють на різних газоподібних і рідких паливах, типове значення параметра закрутки лежить в діапазоні 0.8 0,5: полуугол розкриття дифузора від 20 ° до 35 °;

S

довжина надставки (для отримання факела типу II) Lдіфф = 0,5Dе.

Дифузор на виході істотно збільшує розміри пріосевой рециркуляційної зони при всіх интенсивностях закрутки.

5. Для отримання факела типу I в пальнику з диффузорной надставкою з полууглом розкриття від 20 ° до 35 ° з метою забезпечення гарної стійкості полум'я необхідно подавати газоподібне паливо зі швидкістю, приблизно втричі перевищує швидкість повітря. Теплове навантаження може бути значно збільшена за рахунок подовження диффузорной надставки до довжини Lдіфф = 1,5De. Слід дотримуватися рекомендації 3, але для отримання факела типу I краще не використовувати лопаточні завіхрітелі, оскільки в цьому випадку газовий струмінь палаючого палива не зможе пробити рециркуляційну зону.

6. Слід проявляти обережність при використанні вихрових пальників з диффузорной надставкою в топках з великим стисненням факела або в ситуаціях, коли пальники розташовані близько один до одного. Експериментальні дані дозволяють припустити, що пріосевая рециркуляційна зона пропадає при Af / Ab > 4 (S ? 1). Таким чином, у вказаних ситуаціях переважніше пальника з циліндричною вигідною частиною, за якими утворюються рециркуляційні зони з інтенсивним рухом в них.

7. Пальники з тангенціальним підведенням не годяться для спалювання попередньо перемішаних газоподібного палива і повітря, оскільки в них полум'я може легко поширюватися вгору по потоку від місць підведення (виключення складають газоподібні палива з низькою теплотою згоряння - менше 3 ... 4 МДж / м3) . Попередньо перемішані газоподібне паливо і повітря можна спалювати в пальниках з лопаток завихритель.

Вплив виду палива (вугілля, нафта, синтетичне паливо) на характеристики вихровий пальники знову-таки важко параметризрвані, але можна вказати наступну основну закономірність: довжина факела зростає при послідовному переході від газоподібних палив до легких рідким палив (бензин), від них до тяжких рідким палив (мазут, деякі синтетичні палива) і, нарешті, до розпорошення вугіллю. Така послідовність відображає зменшення випаровуваності палива. При спалюванні розпорошеного вугілля зазвичай необхідно використовувати в якості носія близько 20%, що подається. При спалюванні мазуту необхідно для стабілізації полум'я додавати до форсунки дисковий стабілізатор.

Список використаних джерел

Парогенератори промислових підприємств.

Л. Н. Сідельковскій, В. Н. Юрєнєв.

Теорія горіння і топкові устройстваю

Д. М. Хазмалян, Я. А. Каган.

Закручені потоки.

А. Гупта, Д. Ліллі, Н. Сайред.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка