Навигация
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ
46703
знака
1
таблица
34
изображения
4. ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ
В топливосжигающих устройствах наряду с другими возможностями воздействия на характеристики пламени часто используется закрутка . Закрутка воздуха, впрыскиваемого топлива или того и другого весьма благоприятно сказывается на структуре течения, что в свою очередь способствует достижению проектных характеристик устройств. Для того чтобы придать потоку вращение, используются лопаточные завихрители, закручивающие устройства с аксиально-тангенциальным подводом, а также непосредственный тангенциальный вдув в камеру сгорания. Интенсивность закрутки обычно характеризуется безразмерным параметром S, который представляет собой отношение потока момента количества движения к потоку осевого импульса, умноженному на эквивалентный радиус сопла. Согласно экспериментальным данным закрутка влияет на крупномасштабную структуру потока и пропорционально своей интенсивности изменяет ширину струи, скорость эжекции, темп вырождения неравномерности (в химически инертных потоках), размер, форму и устойчивость факела и интенсивность процесса горения (в потоках с химическими реакциями). В сильнозакрученных потоках (где S > 0,6) имеются значительные осевые и радиальные градиенты давления, которые приводят к образованию ЦТВЗ, отсутствующей при меньших значениях параметра закрутки. Наличие этой зоны с интенсивной завихренностью способствует выполнению ряда требований, предъявляемых к камерам сгорания, а именно позволяет:
1. Уменьшить длину факела за счет повышения скорости эжекции воздуха из окружающей среды и увеличения интенсивности перемешивания вблизи среза сопла и границ рециркуляционной зоны.
2. Повысить устойчивость факела благодаря вовлечению горячих продуктов сгорания в рециркуляционную зону.
3. Увеличить время жизни оборудования и уменьшить потребность в его ремонте, поскольку стабилизация осуществляется аэродинамическими средствами, и потому воздействие пламени на твердые поверхности (воздействие, приводящее к перегреву и образованию нагара) минимально.
Кроме ЦТВЗ, появляющейся при значениях параметра закрутки, превышающих некоторую критическую величину, в канале с внезапным расширением может возникать угловая рециркуляционная зона. О существовании этой зоны и о ее влиянии на характеристики пламени хорошо известно специалистам по горению, которые стараются использовать рециркуляцию горячих продуктов сгорания и плохообтекаемую форму зоны как средство повышения эффективности процесса горения. В сложных турбулентных реагирующих потоках взаимное влияние распыления топлива, закрутки, больших сдвиговых напряжений и рециркуляционных зон сильно осложняет исследование устойчивости пламени, его осредненных и пульсационных характеристик.
Как уже отмечалось, даже основные свойства течения количественно определены с недостаточной степенью точности; это относится, например, к угловой и приосевой рециркуляционным зонам, существование, форма и размер которых зависят в основном от следующих факторов:
1. Интенсивность закрутки; характеризуется параметром закрутки S или углом установки лопаток завихрителя φ.
2. Способ создания закрутки - с помощью лопаточного завихрителя или закручивающего устройства с тангенциальным подводом, а в зависимости от типа устройства реализуется вращение по закону свободного вихря, по закону вращения как целого или поток с равномерным распределением окружной скорости.
3. Наличие втулки (отношение d/dh).
4. Степень диффузорности камеры сгорания (отношение D/d).
5. Наличие на выходе вихревой горелки диффузорной надставки (из огнеупора) или камеры с внезапным расширением.
Форма надставки, угол наклона торцевой стенки камеры с внезапным расширением α.
6. Процесс горения.
7. Поджатие выходного сечения камеры сгорания.
8. Форма лопаток завихрителя - плоские или профилированные.
9. Форма лопаток завихрителя - радиальные или пространственные.
Рис. 4.1. Схема вихревой горелки с аксиально-тангенциальным подводом:
1 - трубка для впрыска топлива; 2 — аксиальная подача воздуха; J — тангенциальная подача воздуха; 4 — направляющие устройства; 5 — четыре прямоугольных отверстия размером 20 X 100 мм для тангенциальной подачи воздуха.
На практике наиболее распространены два типа топливосжигающих устройств, в которых используется закрутка:
Рис.4.2. Схема камеры сгорания циклонного типа с распределенной подачей топлива и воздуха (конструкция ЭНИН). Камера относится к типу IV.
1) вихревая горелка (рис.4.1), из которой поток истекает в атмосферу, в топку или замкнутую полость. Горение происходит главным образом за сечением выхода вне горелки. Набор таких горелок можно использовать для поддержания огня в топке или в замкнутом объеме.
2) камера сгорания циклонного типа, в которой подвод воздуха осуществляется тангенциально, а выхлоп производится через отверстие в центре торцевой поверхности (рис. 4.2). Горение происходит главным образом внутри циклона, а его стенки часто служат теплообменником.
При достаточно больших значениях числа Рейнольдса и большой величине параметра закрутки (Re > 1,8∙104 и S > 0,6) в обоих системах образуется ЦТВЗ и генерируется высокий уровень турбулентности. Циклоны обычно используются для сжигания плохо горящих материалов, таких, как бурый уголь, уголь с большой зольностью или органические отходы. Течения с сильной закруткой, приводящей к образованию рециркуляционных зон, можно создать различными способами:
тангенциальным подводом (закручивающее устройство с аксиально-тангенциальным подводом)
непосредственным вращением (вращающаяся труба);
спиральным закручивающим устройством;
эймёйденским закручивающим устройством с адаптивными блоками (более подробное описание дано ниже.
При создании лопаточных завихрителей в настоящее время используются профилированные пространственные лопатки, которые более эффективно закручивают поток. У таких лопаток передняя кромка располагается навстречу набегающему потоку, и потому отрывная зона минимальна, а в результате получается более равномерный поток на выходе. Важной характеристикой таких лопаток является угол установки задней кромки.
Помимо параметра закрутки поток, в котором наблюдается явление распада вихря, характеризуется также числом Рейнольдса, определяющимся параметрами на выходе из сопла и его диаметром:
где Ucp — среднее значение осевой составляющей скорости,. v—кинематическая вязкость, зависящая от температуры на выходе из сопла.
При наличии в закрученном потоке прецессирующего вихревого ядра (ПВЯ) необходимо, согласно учитывать еще несколько параметров:
—- приведенный момент количества движения; — поток момента количества движения;
- приведенная интенсивность пульсации давления.
5. Изменение структуры потока с увеличением закруткиС точки зрения организации процесса горения одно из наиболее существенных и полезных явлений в закрученных струйных течениях — это образование приосевой рециркуляционной зоны при сверхкритических значениях параметра закрутки. Путем осреднения по большому интервалу времени границу рециркуляционной зоны и зон обратных токов можно определить довольно точно. Мгновенное же положение границ и точек торможения претерпевает значительные колебания в пространстве, поскольку обычно в таких потоках уровень турбулентных сдвиговых напряжений и интенсивности турбулентности очень высок. Линии тока в кольцевой закрученной свободной струе, определенные по измеренным распределениям осредненной по времени скорости. Рециркуляционная зона играет важную роль в стабилизации пламени, поскольку обеспечивает рециркуляцию горячих продуктов сгорания и сокращает размер области, в которой скорость потока сравнивается со скоростью распространения фронта пламени. Существенно укорачиваются длина факела и расстояние от горелки, на котором происходит стабилизация пламени.
Конечно, воздействие закрутки на поток наряду с параметром S определяется еще целым рядом факторов, например:
а) геометрией сопла (при наличии центрального тела размер рециркуляционной зоны увеличивается, то же происходит при добавлении диффузорной надставки на выходе);
б) ее размерами — когда истечение происходит в камеру (приосевая ре-диркуляционная зона в стесненном потоке больше, чем в свободной струе при одинаковых условиях истечения);
в) формой профиля скорости на выходе (рециркуляционная зона в потоке, созданном лопаточным завихрителем, длиннее по сравннению со случаем истечения из закручивающего устройства с аксиально-тангенциальным подводом).
Размер и форма рециркуляционной зоны и соответствующей области с повышенным уровнем турбулентности оказывают решающее влияние на устойчивость факела, интенсивность процесса горения и другие характеристики пламени.
Рис.
4.5. Распределение
продольной
составляющей
скорости вдоль
оси при различных
значениях
параметра
закрутки 
Рис. 4.6. Изменение максимальных значений параметров вдоль струи:
Изменение продольной составляющей 'скорости вдоль оси струи круглого сечения при различных значениях параметра закрутки показано на рис. 4.5 ; струя распространялась из закручивающего устройства с тангенциальным подводом. При малых интенсивностях закрутки (5 0,6 на оси появляется обратный поток. Специальный эксперимент, в котором параметр закрутки по возможности непрерывно изменялся в диапазоне 0,3 ... 0,64, показал,. что изменение распределения происходит монотонно, без скачков, не было обнаружено существенной разницы и при повторении опыта с изменением 5 в том же диапазоне, но в обратной последовательности, В соответствии с ростом темпа расширения струи возрастает скорость эжекции, вследствии чего ускоряется вырождение неравномерности скорости и концентрации жидкости, истекающей из сопла. Это положение иллюстрируют экспериментальные данные, представленные на рис. 4.6, где для различных значений параметра закрутки приведены распределения вдоль струи максимальных значений продольной (рис. 4.6, а), окружной (рис. 4.6,6) и радиальной (рис. 4.6, в) скоростей. При высокой интенсивности закрутки, когда начинает образовываться рециркуляционная зона и появляются области малых или отрицательных значений продольной составляющей скорости, ее максимум смещен от оси струи. Отметим, что вниз по потоку максимальные значения продольной и радиальной составляющих скорости, а также минимальное значение давления изменяются обратно пропорционально' приведенному расстоянию от среза сопла в степенях один, два и четыре соответственно.
Похожие работы
котлоагрегатах большой производительности устанавливают одно- и двухулиточиые, лопаточные и улиточно-лопаточные пылеугольные круглые горелки. При любой конструкции круглой горелки потоки пылевоздушной смеси и вторичного воздуха закручиваются в одном направлении. В одноулиточной горелке пылевоздушная смесь поступает в топку прямоточно (Рис. 1); вторичный воздух закручивается в улитке и, пройдя ...
... , предполагаем ввод дополнительного топлива в конечную зону факела для coздания восстановительной среды. В образовавшейся зоне с недостатком кислорода происходит взаимодействие Допустимые концентрации NO и СО (мг/м ) для тепловых электростанций Италии Вид топлива Новые ТЭС Действующие ТЭС Ожидаемые Европейские стандарты Тепловая мощность котла МВт(D т/ч) 50….300 (60-400) 300….500 ( ...
... прутков из латуни и бронзы. Газовой сваркой можно сваривать почти все металлы, используемые в технике. Чугун, медь, латунь, свинец легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. Простота оборудования, независимость от источника энергоснабжения, возможность широкого регулирования скорости нагрева и охлаждения металла при сварке позволяют применять этот процесс при ремонтных и монтажных работах. ...
... системы дифференциальных уравнений движения и теплообмена применительно к рассматриваемой задаче, а также использование рекомендаций работы В.К. Щукина показывают, что особенности теплоотдачи цилиндра в закрученном потоке определяются главным образом массовыми (центростремительными) силами, а задача определения коэффициентов теплоотдачи фактически сводится к установлению зависимости , (1) ...
0 комментариев