Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П.

Вулис Л. А., Ярки Л. П. В88 Аэродинамика факела. Л. Энергия, 1978. 216 с. с ил. В книге изложены результаты снстенатичсскнх исследований азродина. мнкп прямоструйных газовых пламен. Приведены новые данные о влиянии режимных нарва|строп на характеристики факела. Впервые проведено систематическое рассмотрение возможностей иитенсифпиацнн и управления процессом горения путем наложения низкочастотных пульсаций. Книга рассчитана па научных работников н ннженерое, занимающихся исследованием и конструирование» топочных устройств. Она может быть полезна аспирантки и студентам теплофнзнческнх н теплотехнических специ- альностей 30304-45 33-77 05П0$1-78 6П2.2 8Р Издательство аЭнергня», '1078 077м3' 088~ УДК 082ЗУ72;3~ Репензснгыг Ю.

и7. Маршак, Ю. Ф. Канаев ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие с!асть первая АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВОГО ФАКЕЛА Г л а в а 1. Прямоструйный газовый факел 1-!. Качественная картина факела 1-2. О расчете турбулентного факела 1-3. О тепловом режиме факела Глава 2.

Обобщенный расчет факела 2-1. Расчет длины факела 2-2. Расчет факела неперемешанных газов 2-3. О расчете турбулентного факела конечного размера Г л а в а 3. Ламинарный факел неперемешанных газов 3-1. Плоский факел 3-2. Полуограничеиныи факел З-З. Факел в спутиом потоке 3-4. Ламинариый факел при конечной толщине зоны реакции Часть вторая ИНЖЕНЕРНБ!И МЕТОД РАСЧЕТА ТУРБУЛЕНТНОГО ФАКЕЛА Г л а в а 4.

Факел неперемешанных газов 4.1. О методе расчета 4-2. Затопленный факел 4-3. Факел в спутном потоке 4-4. Трехмерныв факел 4-5. Составной факел Гл а в а 5. Инженерный расчет факела 5-!. Методика расчета 5-2. Расчетные таблицы 5-3.

Пример расчета затопленного факела 5-4. Пример расчета спутного факела Г л а в а 6. Факел однородной смеси 6-!. Аэродинамика гомогенного факела 6-2. Прямоструйный факел 6-3. Обращенный факел 6-4. Составвой факел 6-5. О расчете гомогенного факела 4 14 21 23 23 30 34 38 38 45 48 53 6! 61 66 77 85 90 105 105 109 112 !14 !18 1!8 127 133 !38 143 Часть третья УПРАВЛЕНИЕ СТРУЯМИ И ФАКЕЛОМ Гл а в а 7.

Аэродинамика струй при наложении низкочастотных пульсаций !45 7-1. Об актинных воздействиях па струйные течения..., .. 145 7-2. Механический турбулвзатор . 147 7-3. Затопленные струи . . . . . . . , . . . , , . 151 7-4. Структура струи при повышенном уровне турбулентности . .

158 7-5. Спутные струи . ; : : . . . . . . . , . . . !72 Г л а в а 8. Управление газовым факелом . . . . . . . , . . . , 184 8-1. О воздействии низкочастотных пульсаций на газовый факел . 184 8-2. Факел неперемешаиных газов . . . . . , . . . , 185 8-3. Факел однородной смеси . . .

, . . . 191 8-4. Энергетические характеристики . . . , . . . , . . . . 200 Список ли~ературы 210 ПРЕДИСЛОВИЕ Основное место в предлагаемой вниманию читателей книге занимает инженерный расчет турбулентного прямоструйного газового факела, доведенный до предельно простой формы, удобной для практического применения. Методика расчета проиллюстрирована рядом примеров и может быть использована вне связи с остальным содержанием книги. Мы не сочли, однако, возможным выделить этот раздел (гл.

4 — 5) в отдельную брошюру, предназначенную расчетчику, не обладающему временем для детального знакомства с теорией вопроса. В настоящее время только часть важных в прикладном отношении задач теории факела допускает простое замкнутое решение. Для многих вопросов, непосредственно интересуюших технику, создание полноценного инженерного расчета — дело будущего. Поэтому основным главам книги предпослано краткое изложение общей аэродинамической теории газового факела (гл.

1, 2) и решения задач о ламинарном факеле (гл. 3). Последние важны постольку, поскольку опираются на точные уравнения и представляют собой простейшие модели турбулентного факела (при постоянных коэффициентах переноса). Кроме того, в кингу включены подробные экспериментальные данные об управлении факелом с помощью наложенных механических пульсаций (гл. 7 — 8), опубликованные ранее лишь отрывочно в отдельных статьях. Авторы думают, что этот материал представляет интерес для оценки возможности активного воздействия на процесс турбулентного горения, В расчетном плане он смыкается с изложенным выше. В основу изложения положены работы, выполненные авторами в последние годы. Вопросы, подробно разработанные в других работах», обсуждаются крайне сжато, лишь в той мере, в какой это необходимо для цельности изложения.

Книга в целом представляет попытку дальнейшего развития аэродинамической теории горения газа и ее приложений; хотелось бы, чтобы она способствовала прогрессу в этой области и сближению между теорией н практикой. Замечания и пожелания. по книге просьба направлять по адресу: 192041, Ленинград, Марсово поле, д. 1, Ленинградское отделение издательства «Знергия». Авторы " В частноств, в книге Л. А. Вулиса, ВЕ А.

Ернгина, Л. П. Ярина «Основы теории газового факела». Л, «Энергия», гз68. г» Часть первая АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВОГО ФАКЕЛА Глава 1. Прямоструйный газовый факел ТН. КАЧЕСТВЕННАЯ КАРТИНА ФАКЕЛА В первом параграфе вводной главы приведена условная классификация газовых факелов (пламен). Наибольшее внимание уделено качественной картине перехода в факеле (и, как в его основе, в струях) от ламинарного режима течения к турбулентному, Это связано с тем, что более подробные данные о таком переходе получены сравнительно недавно и еще ие обсуждались в монографиях по теории горения газов. Второй параграф посвящен, в основном, качественным осо'бенностям турбулентного горения газа, в частности, влиянию пульсаций на наблюдаемую (среднюю) скорость реакций в турбулентном потоке.

Турбулентный факел и в особенности факел неперемешанных газов — основная тема этой книги; поэтому напоминание некоторых важных свойств турбулентного горения и рассмотрение отдельных новых результатов является неооходимой предпосылкой изложения аэродинамической теории горения. В третьем заклнхчительном параграфе обсуждаются некоторые закономерности горения прп конечной скорости реакции и особенности применения теории теплового режима к расчету газового факела.

Факелом принято называть газовые струп, в которых протекает высокоинтенсивная химическая реакция — горение. Для факела характерно наличие выраженной высокотемпературной области — зоны горения,— в которой реагирует основная масса вещества, и типичного для свободных струй направленного движения, придающего потоку свойства пограничного слоя. Газовые факелы различают по ряду существенных признаков, отражающих гидродинамические и физические особенности явления и способы организашш процесса. В соответствии с этим можно условно классифицировать газовые пламена по различным признакам — режиму течения, способу образования горючей смеси, характеру протекания процесса, геометрии факела и аэродинамической схеме движения. В зависимости от режима течения следует различать ламинарные и турбулентные пламена.

Если в поле течения факела происходит переход от ламинарного движения к турбулентному, то образуются так называемые переходные факелы, в которых сочетаются (на различных участках) ламинарная п турбулентная формы движения. Для ламинарного диффузионного факела характерно наличие четко очерченной тонкой зоны реакции — фронта пламени. При турбулентном течении зона горения представляет собой значительно более щиро- са кую нестационарную область, отличающуюся крайне сложной структурой [33, 51, 64, 86, 88 и др.). Тем не менее (и это отражает специфику турбулент- — + — --— ного движения) в объеме, занятом турбулентным факелом, О ке который в свою очередь знаРис 1-> Зависимость алины диффузионного факела от числа Рейнятого ламинарпым 'факелом, мОжнО выделить ОтносительнО > — ламннарпая, м — переходная, и>— узкую в среднем стационар- турбулентная области иую зону интенсивного тепловыделения, которая при напряженном горении может Г>ыть отождествлена с фронтом пламени.

Высокая интенсивность процессов переноса и повышенная теплонапряженность характерны для турбулентного факела. Отметим также весьма слабую зависимость ряда интегральных характеристик турбулентного факела от физико-химических свойств горючей смеси н скорости истечения. Это свидетельствует об определяющей роли молярного обмена в процессе турбулентного горения, Особенности развития ламинарных н турбулентных пламен наглядно иллюстрирует зависимость длины днффузуонного факела от числа Рейнольдса (рис. 1-!).

При ламинарном течении длина факела прямо пропорциональна значению числа Ке, а при турбулентном не зависит от него (24, 271. В переходной области течения происходит распад ламниарного и образование турбулентного пламени. Этот процесс сопровождается характерным для свободных струйных течений нелинейным изменением локальных (скорость, температура) и интегральных (длина факела, эжекцпонные свойства) характеристик, Существенно, что в обоих случаях — распространение свободной струи и факела — увеличение числа Рейнольдса (начиная от Ке =-3 10а, кривые 7 — на рис. 1-2, а, б) приводит первоначально к резкому увеличению интенсивностн затухания скорости (переход к кривым П для тсеае (4 —:6) .