Українські реферати:
 
Бесплатные рефераты
 

 

 

 

 

 

     
 
Вихрові пальники
     

 

Теплотехніка

дивитися на реферати схожі на "Вихрові пальники"

Зміст:

1. Характеристики закручених потоків 3
2. Формування закручених течій 7
3. Печі, пальники і циклон 11
4. Характерні особливості закручених потоків 15
5. Зміна структури потоку зі збільшенням закрутки 18
6. Структура рециркуляційної зони 20
7. Вихрові пальники, прецессірующее вихровий ядро в потоці з горінням

22

8. Горіння в закрученому потоці 25

9. Межі зриву і стійкість полум'я 28

10. Проектування вихрових пальників 29

11. Список використаної літератури 31

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ Закручений ПОТОКІВ

Сильний вплив закрутки на інертні і реагують течії добревідомо і вивчається протягом багатьох років. Коли ефект закруткивиявляється корисним, конструктор намагається створити закрутку, найбільшпідходящу для вирішення його завдань; якщо ж подібні ефекти небажані,конструктор здійснює кроки для регулювання або усунення закрутки.
Закручені течії мають широкий діапазон додатків. У разі відсутностіхімічних реакцій сюди відносяться, наприклад, течії у вихрових реакторах,циклонних сепараторах і трубах Ранка - Хілша, при зриві вихровий пелени зкрил літака, у відвертих і торнадо, в пристроях для розпиленняаерозолів у сільському господарстві, у теплообмінниках, струменевих насосах, атакож теорія бумеранга і польоту бджоли. У течіях з горінням широковикористовується сильне сприятливий вплив закрутки інжектіруемих повітря іпального на поліпшення стабілізації високоінтенсивних процесів горіння іпри організації ефективного чистого згоряння в багатьох практичнихпристроях: в бензинових і дизельних двигунах, в газових турбінах,промислових печах, бойлерах та інших технічних нагрівальних апаратах.
Останнім часом зусилля дослідників були спрямовані на розуміння іопис аеродинаміки закручених течій з процесами горіннягазоподібних, рідких і твердих палив. Економічне конструювання іекологічність роботи технічних пристроїв з горінням можуть бутизначно поліпшені додатковими експериментами і модельнимидослідженнями. При цьому експериментальна і теоретична аеродинамікатечій з горінням використовується разом зі складними методами обчислювальноїгідродинаміки. Розвиток і вдосконалення цих методів дозволятьзначно знизити витрати часу та коштів на програми розвитку новихпристроїв.

Закручені течії є результатом повідомлення потоку спіральногоруху за допомогою закручують лопаток, при використанні генераторівзакрутки з осьовим і тангенціальним підведенням або прямої закруткою шляхомтангенціальною подачі в камеру з формуванням окружний компоненти швидкості
(званої також тангенціальною або азимутальної компонентою швидкості).
Експериментальні дослідження показують, що закрутка надаєвеликомасштабне вплив на поле течії: на розширення струменя, процесипідмішування і затухання швидкості в струмені (у разі інертних струменів), нарозміри, форму і стійкість полум'я і інтенсивність горіння (у разіреагуючих потоків). На всі ці характеристики впливає інтенсивністьзакрутки потоку. Інтенсивність закрутки зазвичай характеризується параметромзакрутки, що представляє собою безрозмірне ставлення осьової компонентипотоку моменту кількості руху до твору осьової компоненти потокукількості руху та еквівалентного радіуса сопла, тобто

(1.1), де величина

(1.2) є потоком моменту кількості руху в осьовому напрямку івраховує внесок х - (-компоненти турбулентного зсувне напруги, авеличина

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

У вільному струмені, що розповсюджується в затопленому просторі,величини Gх і G (постійні, тобто є інваріантами для даної струменя.

Якщо використовувати рівняння для кількості руху в радіальномунапрямі і знехтувати складовими, то внесок тиску в Gx можнавиразити через? наступним чином:

(1.4).

Цю характеристику найчастіше важко виміряти з хорошою точністю,тому використовуються альтернативні спрощені варіанти. Іноді величину Sрозраховують без урахування турбулентних напруг, іноді нехтують внескомтиску. У цих випадках величини G (і Gх у разі зсуву вниз по потоку незберігаються.

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

,.

Іншими словами, профіль осьової швидкості і вважається рівномірним, ашвидкість закрутки? зростає від 0 (при r = 0) до? m0 (при r = d/2, тобто настінці сопла). Якщо внесок тиску в Gх зводиться до обліку доданка? 2/2, атурбулентними напругами нехтують, то це дає

,, де Gх =? m0/um0 - відношення максимальних швидкостей у вихідному перерізісопла. 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 наведеніекспериментальні значення виміряних незалежно величин S і G. Співвідношення
S ~ G для обертання газу як цілого правдоподібно описує реальний випадокзакінчення з генератора закрутки при G <0,4 (S (0,2). Однак при більшінтенсивності закрутки розподіл осьової швидкості значновідхиляється від рівномірного; велика частина потоку виходить з отворупоблизу зовнішньої кромки; як приклад на ріс.1.2 наведенірозподілу осьовий, окружної та радіальної швидкостей в кільцевому вихідномуперетині генератора закрутки з тангенціальним і осьовим підведенням, отриманіекспериментально при декількох значеннях параметра закрутки. Вказанатеоретична залежність

Рис.1.1. Співвідношення між параметрами S і G, що характеризуютьзакрутку.

Рис. 1.2. Радіальні розподілу осьовий, окружної та радіальноїшвидкостей на виході з закручується пристрої зі змішаною тангенціальному -осьової 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 співвідношенняміж S і G:

(1.6), також зображене на рис. 1.1.

Перебіг може бути охарактеризовано також локальним параметромзакрутки Sx, в якому використовується товщина шару змішання rb, а не радіуссопла d/2. Крім того, закрутка потоку може виражатися безпосередньочерез кут установки лопаток закручується апарату і геометричніпараметри сопла, через тягу і момент, що обертає закручується пристрої,через кут розширення струменя вниз по потоку від сопла і через іншіпараметри. Доцільно зв'язати кут установки лопаток закручуєтьсяапарата з створюваним їм значенням параметра закрутки. У зв'язку з цим дляпорівняння слід зауважити, що кут установки лопаток (? і параметрзакрутки S пов'язані наближеним співвідношенням

(1.7), де d і dh - відповідно діаметри сопла і втулки закручуєтьсяапарату. Це співвідношення випливає з припущення про розподіл осьовоїшвидкості в кільцевому каналі, відповідному руху газу як цілого, ідопущенню про малій товщині лопаток, що мають постійний кут? по відношенню донапрямку основного потоку і повідомляють потоку постійну швидкістьзакрутки. Дійсно, інтегруючи вирази (1.2), (1.3) з r від Rh = dh/2до R = d/2, одержимо

,, звідки слід співвідношення (1.7). У разі безвтулочногозакручується апарату (чи 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, що дорівнює приблизно 0,2; 0,4; 0,7; 1,2; 2,0 і
4,0 відповідно. Тут передбачається 100%-ва ефективністьзакручується апарату, але насправді вона зменшується призбільшення кута установки. На рис.1.3 наведено приблизний вигляд залежностікута виходу потоку повітря? для закручується апарату з плоскимилопатками від кута установки лопаток? і відносини кроку установки лопаток додовжині хорди? = s/c. Слід також зазначити, що доцільно використатизігнуті лопатки в гратах закручують апаратів, і за деякимиекспериментальними даними відомо, що ефективний кут закрутки,що повідомляється потоку, визначається кутом установки задньої кромки.

рис.1.3. Зміна кута виходу? для закручується пристрої зплоскими лопатками в залежності від кута установки лопаток? і відносиникроку установки до Хорде? = s/c, отримана на основі даних для каскадуплоских лопаток (а) і даних для каскаду криволінійних лопаток (б).

На рис.1.3 б, наведено відповідні позначення для кута виходупотоку повітря?, що залежить від кута установки задньої кромки лопатки?
(рівного 180 ° -?) і відношення кроку установки лопаток до довжини хорди?. Тутвикористані такі позначення:

? - Кут повороту потоку,

? - Кінцевий кут повороту лопаток,

? - Кут відставання, рівний ?-?,

? - Кут хорди лопатки, що дорівнює 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 апроксимувативиразом

Мс = 0,002? +0,21.

І, нарешті, у випадку закручується пристрої з адаптивним блокомпараметр закрутки визначається наступним виразом:

, (1.9) де? =? 1/v1 для радіально підводиться потоку, R і Rh - зовнішній івнутрішній радіуси пристрої, В - довжина пристрою.

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

(1.10), в якому діаметр сопла замінюється діаметром камери згоряння.

2. ФОРМУВАННЯ Закручений ПРОТЯГОМ

Закрутка потоків створюється трьома основними методами:

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

- застосуванням напрямних лопаток ( закручує пристрій);

- безпосереднім обертанням (обертається труба).

На ріс.1.4 показано закручує пристрій (з осьовим ітангенціальним підведенням), широко використовується для створення одноріднихстійких струменів для детальних експериментальних досліджень. Кількістьподається повітря може регулюватися і вимірюватися окремо, так щопростою зміною витрат повітряних потоків можна змінювати ступіньзакрутки від нульової до дуже високою, що призводить до утворення сильнозакручених струменів із зворотними струмами. Для таких систем потрібновідносно високий рівень повного тиску, і в промислових пальникахчасто використовуються системи з направляючими лопатками, в яких лопаткирозташовані таким чином, що вони змінюють напрямок потоку.

Ріс.1.4 закручує пристрій з осьовим і тангенціальним підведенням.

При радіальному підводі повітря до закручуємо пристрою радіальніі тангенціальні кути лопаток можуть бути змінені на місці при реалізаціїзакручується пристрої з адаптивним блоком, що в кінцевому підсумкуаналогічно використанню тангенціального підвода. Система з адаптивнимблоком ефективна в тому випадку, коли необхідно створити певнийрівень закрутки при відносно низькому перепаді тиску, оскільки прице можна отримати високу інтенсивність закрутки. У випадку осьовоготечії в трубі закручує пристрій або закручують лопатковийапарат складається з фіксованих лопаток з кутом установки? щодонапрямку основного потоку. Ці лопатки відхиляють потік і надають йомуобертальний рух. Такий метод використовується в топках і газотурбіннихкамерах згоряння. Зазвичай лопатки встановлюються на центральній втулці ірозташовуються в кільцевої навколо неї. З метою поліпшення умов навихід робилися спроби використовувати закручують пристрої без втулок,однак зрив потоку на лопатках зумовлює складну картину перебігу іпризводить до порушення осьової симетрії. Закрутка може бути також створенабезпосереднім обертанням потоку. Так, в одному з експериментіввикористовувався циліндр, що обертається з частотою 9500 об/хв і створюєзакрутку силами тертя на стінці циліндра, що діють на що проходить черезнього потік. Внаслідок відносно низькій в'язкості повітря таким методомможна створити лише невелику закрутку. Сили тертя можуть бути значнозбільшені установкою в обертовому трубу перфорованих пластин, пучківтруб або пористих дисків. На виході з таких систем виходять профілішвидкості, відповідні закрутки газу як цілого, аналогічно нагодизахоплення частинок рідини диском, що обертається з постійною кутовоюшвидкістю?. У в'язкої рідини обертаються течії (тобто вихори) завждимістять центральне ядро з обертанням рідини як цілого (або вимушенийвихор). Поза центральній області можуть переважати умови вільного (абопотенційного) вихору, що спостерігається при утворенні в атмосфері смерчів,пилових бур, торнадо, ураганів і циклонів. Вогневі смерчі, що виникають прилісових і міських пожежах, можуть бути змодельовані в лабораторнихумовах обертанням великого циліндричного екрану з дротяної сітки надрозлитим рідким пальним або над газовим факелом, коли полум'я розташовуєтьсяпо центральній вертикальної осі циліндра.

Для класифікації та оцінки цих типів течій доцільнорозглянути рух рідини в циліндричних координатах. Передбачаютьсяосьова 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). Завихреному зі визначається як роторвектора швидкості. У простому випадку обертається рідини, коли u = v = 0 ішвидкість закрутки залежить тільки від радіуса г, завихреному дорівнює

, тобто відмінна від нуля лише x-компонента вектора?. Під обертаютьсятечіях з розподілом окружної швидкості

? = c/r (1.11) завихреному дорівнює нулю (з == 0). Такі течії єпотенційними (безвіхревимі) і називаються потенційними або вільнимивихорами.

Течії з обертанням рідини як цілого мають розподіл швидкості

? == c'r (1.12) і називаються вимушеними вихорами. Ясно, що вектор? в них відмінний віднуля і такі течії називаються завихреннями.

У будь-якому випадку циркуляція Г вздовж однієї з концентричних траєкторійобертального руху визначається виразом Г = 2? r?, де? не залежитьвід?. Іншим параметром є кутова швидкість відносно центральноїосі? =?/R. Загальні характеристики вихорів наведені в табл.1.1.

Всі три типи вихорів у реальних рідинах мають центральне вихровийядро з ненульовий завихрень. Окружна швидкість дорівнює нулю на осісиметрії. Вільні і вимушені вихори можна розрізнити по радіальномуположенню максимуму окружної швидкості; тобто у вільному вирі максимумрозташований поблизу осі симетрії, у той час як у вимушеній вирімаксимум знаходиться на зовнішньому кордоні вихору. Всі величини для складноговихору Ренкіна (або вільно-вимушеного вихору) визначаються виразамидля вимушеного вихору при малих r і виразами для вільного вихору привеликих r.

Таблиця 7.7.

Загальні характеристики вихорів
| Параметри | Вимушений | Вільний | Складовою вихор (вихор Ренкіна) |
| | Вихор | (потенціал | |
| | (Обертання | ний) вихор | |
| | Середовища як | | |
| | Цілого) | | |
| Окружна |? = С'r |? = C/r | |
| швидкість? | | | |
| Кутова | З '= const | C/r2 | Функція радіусу |
| швидкість? | | (функція | |
| | | Радіуса) | |
| Циркуляція | 2?? R2 | 2? C | |
| Г | | | |
| Завихреному | 4?? = Const | 0 | |
| сть? | | | |

При виборі закручується пристрої вирішальним чинником є йогоефективність, оскільки лише частина падіння тиску на пальнику переходить вкінетичну енергію що виходить закрученого струменевого течії,інша частина механічної енергії втрачається. Можна ввести параметр?,званий коефіцієнтом потоку кінетичної енергії кільцевогозакрученого течії. Його значення залежить від типу створеного вихору,зовнішнього і внутрішнього діаметрів труби.

Ріс.1.5. Коефіцієнт потоку кінетичної енергії? в кільцевомузакрученому течії в разі рівняння вихору? = Const rn.

Рис. 1.6. Ефект?? ость закрутки? в залежності 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 невідповідати обертанню газу як цілого. Значення? для різних типіввихорів з? = Сгn наведено на рис. 1.5. Можна бачити, що для будь-якогозаданого значення параметра закрутки вихор при русі газу як цілого
(n = 1) являє собою випадок мінімуму кінетичної енергії, а вільнийвихор (n =- 1) дає максимум кінетичної енергії. Вихри з постійноюокружний швидкістю (n = 0) представляє собою проміжний випадок міжвихором з розподілом швидкості, відповідним руху газу якцілого, і вільним вихором, і у випадку, коли момент кількості руху взначною мірою сконцентрований в зовнішній частині потоку (n = 3),виходять значення?, лише незначно перевищують значення,відповідні руху газу як цілого.

Ефективність закрутки в при заданій інтенсивності закруткиявляє собою відношення кінетичної енергії закрученого потоку,протікає через горло пальника, до падіння статичного тиску міжвхідним перетином і горлом. На ріс.1.6 представлені експериментальнізначення? для різних значень параметра закрутки S і різних типівзакручують пристроїв.

1. Закручує пристрій з осьовим і тангенціальною подачею найбільшефективно при малих інтенсивності закрутки, але малоефективне при великихінтенсивності закрутки. Наприклад, при S = 1 його ефективність? = 40%. Настількинизька ефективність пов'язана головним чином з великою площею внутрішньоївнутрішньої поверхні труби пальники, особливо вверх по потоку від отворитангенціальною подачі.

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

3. Закручують апарат з радіальної подачею потоку маєвідносно високу ефективність (? = 75% при S = 1).

4. Закручують апарат з осьовим подачею має відносно низькуефективність (? = 30% при S = 1).

Ефективність закрутки являє собою міру створення конкретноїінтенсивності закрутки S; це зовсім не міра ефективності створенняпевного типу поля течії; це означає, що при однаковійінтенсивності закрутки різними типами закручують пристроїв (зрізними профілями швидкості на виході) створюються різні поля течії внизпо потоку.

3. Топка, ПАЛЬНИК і циклон

На ріс.1.30 приведений ескіз експериментальної топки Міжнародноїорганізації дослідження горіння (IFRF) зі змінним відведенням тепла,використаної для детального експериментального дослідження гідродинамікиі теплообміну. Топка має довжину приблизно 6,3 м і поперечний переріз 2Х2 м.
Вона складається з 17 поперечних охолоджуються водою секцій. Пальник і трубарозташовані в центрі торцевих поверхонь. Під час випробувань серії М-3використовувалися два високошвидкісні тунельні пальники для природного газу,показані на ріс.1.31, в яких досягається повне згоряння на виході зпальники. Продукти згоряння поступають в топку без закрутки і горизонтальноабо під кутом 25 ° до горизонту. У попередніх випробуваннях в IFRF булидосліджені полум'я розпорошеної нафти і подрібненого в порошок вугілля ззакруткою.

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

Існує багато різних типів топок - топка котла електростанціївідрізняється, наприклад, від топок у металургійній та обробноїпромисловостях. Печі відіграють найважливішу роль в сучасному суспільстві, і їхефективність і характеристики забруднення середовища можуть призвести до далекощо йдуть наслідків. Однак у всіх випадках особливо важливою єможливість управління полум'ям з метою створення заданих розподілівпроменевого і конвективного теплообміну, повного згорання, запобіганняшуму, пульсації та чутливості до змін властивостей палива. Убільшості топок полум'я надається деяка закрутка з метою підвищеннястійкості, тоді як у деяких інших випадках, наприклад у котлах зтангенціальною подачею палива, потоки на вході направляються тангенціальномудо вогневого ядра, 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 абов результаті виходить циклонная камера з рухом закрученого потокущодо геометричної осі обладнання. Важливими кінцевимихарактеристиками процесу є температура, розподіл тепловихпотоків на стінках і ефективність згоряння, і вони безпосередньо пов'язаніз утворенням забруднюючих речовин, таких, як сажа і оксиди азоту.
Конструктору і оператору необхідно знати, як ці параметри залежать відкількості руху та кута подачі струменів палива, температури попередньопідігрітого повітря і форми камери. Ясно, що проблема моделювання дужескладна, вона включає взаємодію турбулентного горіння багатьох хімічнихкомпонент з багатофазних процесами (частки рідкого чи твердого палива тавуглецю в поле течії) і з променистим теплопереноса. Як вказується влітературі, моделювання в тій чи іншій мірі включає розподіл зарозмірами часток (розраховане в діапазонах кінцевих розмірів в усіх точкахобласті), потокові або. зонні характеристики променевого теплопереноса ідані про розподіл сажі (сажа утворюється в результаті термічногорозкладання вуглеводнів і ліквідується окисленням; обидва процесиявляють собою складну задачу хімічної кінетики).

У разі турбулентних дифузійних пламен процес згоряннявизначається структурою потоку і змішуванням. В огляді обговорюються методирозрахунку, засновані на законах подібності турбулентних струменів, теорії потоку вгомогенному реакторі і на повних рівняннях в приватних похідних длятурбулентного течії. При згорянні крапель і частинок необхідно враховуватишвидкості гетерогенних реакцій і потрібно знати розподілу часток порозмірами і в просторі. Емісія забруднюючих речовин, таких, яквуглеводні, сажа і оксиди азоту, може бути зменшена відповіднимуправлінням закономірностями зміни температури і концентрації в областізгоряння. В огляді представлені також методи розрахунку променевого потоку теплавід полум'я до теплових стоків в порядку зростання складності: модель зхорошим перемішуванням, модель довгою топки, Багатопотокова модель ізонний метод аналізу.

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

Особливий випадок представляють тороїдальні пальника (ріс.1.36), якіконструюються спеціально для досягнення високої інтенсивностітепловиділення при високій температурі в результаті спалювання рідкого абогазоподібного палива з безпосереднім використанням кисню. Продуктизгоряння з високим ступенем дисоціації забезпечують дуже великіконвективні потоки тепла при рекомбінації на більш холодних поверхнях;приклади їх застосування включають процеси рафінування сталі і міді при їхвиробництві електродуговим методом або в мартенівських печах. У цихпальниках іноді виникає нестійкість, аналогічна тій, що зустрічається вракетних двигунах. Для ракетних двигунів характерні три основних типинестійкості: нестійкість в камері згоряння, нестійкість системи івласна нестійкість. До першої категорії належать явищагідродинамічної нестійкості, що виникають у багатьох системах згоряння,але особливо в камерах згорання твердопаливних і гібридних ракетнихдвигунів. Приклад приведений на ріс.1.37, де в певної конструкціїкамери згоряння, аналогічної тороідального пальнику, виникаєгідродинамічна нестійкість. Поблизу форсунки утворюється тороїдальнийвихор. Він захоплює гарячі газоподібні продукти згоряння, що надходитьз форсунки окислювач, газоподібне пальне з області поверхніпального, дотичної з вихором. При критичних умовах суміш цихгазів загорається і згорає, створюючи місцеве підвищення тиску,розповсюджується вниз по потоку. Цей процес періодично повторюється.

У багатьох інших типах циклонних пилових газоочисникам, циклоннихсепараторів, Пилоосадителі з обертовим потоком і форсунок для розпиленнярідкого палива використовуються властивості закрученого і вихрового течій.
Наприклад, у циклонних сепараторах (ріс.1.38) великі частинки відкидаютьсядо стінок під дією відцентрових сил (або внаслідок недостатньоївеличини доцентрових сил) в сильно закрученому потоці. Вониопускаються разом із вторинним перебігом і збираються в нижній частині, в тойчас як відносно вільний від пилу повітря продовжує рух уцентральному ядрі й виходить у протилежного кінця.

Відцентрові ефекти також виявляються в нагрівачах типу бака зперемішуванням, коли бак з рідиною нагрівається від навколишнього паровийсорочки. Перемішування рідини за допомогою колеса з лопатками івстановлені на стінці перегородки збільшують турбулентність іінтенсифікують теплоперенос.

4. ХАРАКТЕРНІ ОСОБЛИВОСТІ Закручений ПОТОКІВ

У паливоспалювальних пристроях поряд з іншими можливостямивпливу на характеристики полум'я часто використовується закрутка.
Закрутка повітря, уприскуваного палива або того й іншого доситьсприятливо позначається на структурі течії, що в свою чергусприяє досягненню проектних характеристик пристроїв. Для того щобдодати потоку обертання, використовуються лопаточні завіхрітелі, закручуютьпристрої з аксиально-тангенціальним підведенням, а також безпосереднійтангенціальний вдув в камеру згоряння. Інтенсивність закрутки зазвичайхарактеризується безрозмірним параметром S, який являє собоювідношення потоку моменту кількості руху до потоку осьового імпульсу,помноженому на еквівалентний радіус сопла. Згідно з експериментальнимиданими закрутка впливає на великомасштабну структуру потоку іпропорційно своїй інтенсивності змінює ширину струменя, швидкістьежекції, темп виродження нерівномірності (в хімічно інертних потоках),розмір, форму і стійкість факела і інтенсивність процесу горіння (впотоках з хімічними реакціями). У сільнозакрученних потоках (де S> 0,6)є значні осьові і радіальні градієнти тиску, якіприводять до утворення ЦТВЗ, відсутньої при менших значеннях параметразакрутки. Наявність цієї зони з інтенсивною завихреному сприяєвиконання ряду вимог, що пред'являються до камер згоряння, а самедозволяє:

1. Зменшити довжину факела за рахунок підвищення швидкості ежекції повітряз навколишнього середовища і збільшення інтенсивності перемішування поблизу зрізусопла і меж рециркуляційної зони.

2. Підвищити стійкість факела завдяки залученню гарячих продуктівзгоряння в рециркуляційну зону.

3. Збільшити час життя обладнання та зменшити потребу в йогоремонті, оскільки стабілізація здійснюється аеродинамічнимизасобами, і тому вплив полум'я на тверді поверхні
(дія, що призводить до перегріву й утворенню нагару) мінімально.

Крім ЦТВЗ, що з'являється при значеннях параметра закрутки, що перевищуютьдеяку критичну величину, в каналі з раптовим розширенням можевиникати кутова рециркуляційних зона. Про існування цієї зони і про їївплив на характеристики полум'я добре відомо фахівцям з горіння,які намагаються використовувати рециркуляцію гарячих продуктів згоряння таплохообтекаемую форму зони як засіб підвищення ефективності процесугоріння. У складних турбулентних реагуючих потоках взаємний впливрозпилення палива, закрутки, великих зсувних напруг ірециркуляційних зон сильно ускладнює дослідження стійкості полум'я,його осредненних і Пульсаційний характеристик.

Як вже зазначалося, навіть основні властивості течії кількісновизначені з недостатнім ступенем точності; це відноситься, наприклад, докутовий і пріосевой рециркуляційних зонам, існування, форма і розміряких залежать в основному від наступних факторів:

1. Інтенсивність закрутки; характеризується параметром закрутки S абокутом встановлення лопаток завіхрітеля?.

2. Спосіб створення закрутки - за допомогою лопатки завіхрітеля абозакручується пристрої з тангенціальним підведенням, а в залежності відтипу пристрою реалізується обертання за законом вільного вихору, за закономобертання як цілого або потік з рівномірним розподілом окружнийшвидкості.

3. Наявність втулки (відношення d/dh).

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

5. Наявність на виході вихровий пальники діффузорной надставки (звогнетриви) або камери з раптовим розширенням.

Форма надставки, кут нахилу торцевій стінки камери з раптовимрозширенням?.

6. Процес горіння.

7. Підібгані вихідного перерізу камери згоряння.

8. Форма лопаток завіхрітеля - плоскі або профільовані.

9. Форма лопаток завіхрітеля - радіальні або просторові.

Рис. 4.1. Схема вихрової пальники з аксиально-тангенціальним підведенням:

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

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

Ріс.4.2. Схема камери згоряння циклонного типу з розподіленоюподачею палива і повітря (конструкція Енін). Камера відноситься до типу IV.

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

2) камера згоряння циклонного типу, в якій підведення повітряздійснюється тангенціальному, а вихлоп проводиться через отвір уцентрі торцевій поверхні (рис. 4.2). Горіння відбувається головним чиномвсередині циклону, а його стінки часто служать теплообмінником.

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

. тангенціальним підведенням (закручує пристрій з аксиально-тангенціальним підведенням)

. безпосереднім обертанням (обертається труба);

. спіральним закручують пристроєм;

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

При створенні лопаткових завіхрітелей в даний час використовуютьсяпрофільовані просторові лопатки, які більш ефективнозакручують потік. У таких лопаток передня кромка розташовується назустрічнабігаючого потоку, і тому відривна зона мінімальна, а в результатівиходить більш рівномірний потік на виході. Важливою характеристикою такихлопаток є кут установки задньої кромки.

Крім параметра закрутки потік, в якому спостерігається явище розпадувихору, характеризується також числом Рейнольдса, що визначається параметрамина 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 моментукількості руху;

- приведена інтенсивність пульсації тиску.

5. Зміна структури потоку зі збільшенням закрутки

З точки зору організації процесу горіння одне з найбільшістотних і корисних явищ в закручених струйнихтечіях - цеосвіта пріосевой рециркуляційної зони при надкритичну значенняхпараметра закрутки. Шляхом осредненія за великим інтервалу часу кордонрециркуляційної зони і зон зворотних струмів можна визначити досить точно.
Миттєве ж положення кордонів і точок гальмування зазнає значнихколивання в просторі, оскільки зазвичай в таких потоках рівеньтурбулентних зсувних напруг і інтенсивності турбулентності дужевисокий. Лінії струму в кільцевої закрученою вільної струмені, визначені завимірюються розподілів осредненной за часом швидкості.
Рециркуляційні зона відіграє важливу роль у стабілізації полум'я, оскількизабезпечує рециркуляцію гарячих продуктів згоряння і скорочує розміробласті, в якій швидкість потоку порівняна зі швидкістюрозповсюдження фронту полум'я. Істотно коротшають довжина факела івідстань від пальника, на якому відбувається стабілізація полум'я.

Звичайно, вплив закрутки на потік разом з параметром Sвизначається ще цілим рядом факторів, наприклад: а) геометрією сопла (за наявності центрального тіла розміррециркуляційної зони збільшується, то ж відбувається при додаваннідіффузорной надставки на виході); б) її розмірами - коли закінчення відбувається в камеру (пріосевая ре -діркуляціонная зона в обмеженому потоці більше, ніж у вільному струмені приоднакових умовах закінчення); в) формою профілю швидкості на виході (рециркуляційних зона в потоці,створеному лопаточні завіхрітелем, довше за сравнненію з випадкомзакінчення з закручується пристрої з аксиально-тангенціальнимпідведенням).

Розмір і форма рециркуляційної зони та відповідної області зпідвищеним рівнем турбулентності мають вирішальний вплив настійкість факела, інтенсивність процесу горіння та інші характеристикиполум'я.

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

Рис. 4.6. Зміна максимальних значень параметрів уздовж струменя:

Зміна поздовжньої складової 'швидкості уздовж осі струменя круглогоперетину при різних значеннях параметра закрутки показано на рис. 4.5;струмінь розповсюджувалася з закручується пристрої з тангенціальнимпідведенням. При малих інтенсивності закрутки (5 0,6 на осі з'являєтьсязворотний потік. Спеціальний експеримент, в якому параметр закрутки поможливості безперервно змінювався в діапазоні 0,3 ... 0,64, показав,. щозміна розподілу відбувається монотонно, без стрибків, не буловиявлено істотної різниці і при повторенні досвіду зі зміною 5 у томуж діапазоні, але в зворотній послідовності, Відповідно до зростаннятемпу розширення струменя зростає швидкість ежекції, внаслідок чогоприскорюється виродження нерівномірності швидкості і концентрації рідини,минає з сопла. Це положення ілюструють експериментальні дані,представлені на рис. 4.6, де для різних значень параметра закруткинаведені розподілу уздовж струменя максимальних

     
 
     
Реферат Банк
 
Рефераты
 
Бесплатные рефераты
 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
  Все права защищены. Українські реферати для кожного учня !