1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (Н.Ю.Корчунов, В.В.Померанцев - Основы практической теории горенияu), страница 6

На рис. 2-2 показаны поля осевых составляющих скорости та„, которые характеризуют движение газов на начальном (горизонтальном) участке факела в топочной камере, оборудованной шестью вихревыми горелками, расположенными встречно по три на боковых стенах топки. Как видно из этого рисунка, на относительном расстоянии от устья х/0а=0,25(0а †диаметр амбразуры) факел каждой горелки сохраняет свои особенности. Его структура зависит от характера полей скорости и давлений в соосных струях, вытекающих из каналов горелки.

От выходного сечения каждой горелки в глубь топочного пространства движутся соосные потоки топлива и воздуха, которые перемешиваются между собой и с топочными газами, движущимися к устью горелки в ее прносевой области, а также в пристенной и межгорелочной областях. Далее при движении факелов в топочном пространстве они взаимодействуют между собой и на расстоянии от устья факела соседних горелок, примерно равном й„сливаются, образуя сложный закрученный поток.

Вследствие массообмена уменьшается осевая составляющая скорости в зонах основного потока, расширяется область факела, занятая основным потоком, и вырождаются зоны рециркуляции. Соотношение между размерами зон основного потока и зон рециркуляции зависит от параметра крутки струй, выходящих из каналов горелок, расстояния между горелками и режима работы горелок.

Эти параметры выбираются таким образом, чтобы обеспечивалось достаточное для выгорания топлива время пребывания газов в зонах основного потока и чтобы тепло газов рециркуляции обеспечивало устойчивость воспламенения. В большинстве случаев приходится сталкиваться с истечением воздушных или газовых струй из насадка относительно малого сечения в большой топочный объем. Пределом этого случая является истечение турбулентной затопленной струи в безграничное пространство, детально рассмотренное в работах Г. Н.

Абрамовича, Л. А. Вулиса и других исследователей. Основой для описания движения такой струи является закон сохранения количества движения вдоль струи, а для закрученной струн †зак сохранения момента количества движения. 2-З. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ПРЯМОТОЧНЫХ ТУРВУЛЕНТНЫХ СТРУЙ Одинаковый механизм процессов переноса в струях и в факеле, связанный с передачей импульса окружающей среде и вовлечением ее в движение, позволяет использовать при исследовании факела основные закономерности развития турбулентных струй. Прямоточные турбулентные струи, развивающиеся в свободном пространстве, в спутном или встречном потоке жидкости, в следе за плохо обтекаемым телом, а также в ограниченном пространстве, достаточно широко изучены, н результаты этих исследований обобщены в ряде монографий и статей.

В связи с этим в настоящем параграфе дается лишь краткое изложение основных закономерностей развития прямоточных струйных течений и приводятся данные и зависимости, необходимые для анализа и расчета потока в топке. Так как развитие процессов смешения н воспламенения в камерах горения определяется взаимодействием струй вблизи устья горелок, то и)с ! Рвс.

2-3, Схема свободной турбулентной струн; а— струя в спугиом потоке; 6 — начальный участок затопленной струи несколько шире рассматривается начальный участок струи. Результаты исследования закрученных струй приводятся более подробно, поскольку до сих пор опубликованы лишь отдельные разрозненные данные по этому вопросу. Схема прямоточной турбулентной струи, вытекающей с постоянной начальной скоростью (гас=сонат) в среду, движущуюся с постоянной скоростью (гас=сопи(), изображена на рис. 2-3,а. Одним из основных свойств такой струи является постоянство статического давления и скорости (равной скорости истечения) в потенциальном ядре.

Участок 1, на котором сохраняется ядро постоянных скоростей, называется начальным участком струи. Участок П, на котором ядро постоянных скоростей уже исчезает, а скорость изменяется незначительно, называется переходным участком. В практических расчетах часто пользуются упрощенной схемой струн и полагают длину переходного участка равной нулю.

Сечение, в котором 'скорость струи на оси начинает уменьшаться, можно приближенно считать началом основного участка 111. На рис. 2-3,б показан начальный участок струи, вытекающей в покоящуюся среду (затопленная струя). Протяженность начального участка для круглой осесимметричной затопленной струи За=0,6711о/а; для плоской струи, вытекающей из длинной узкой щели, Яе=),ОЗЬе/а, где Зс — рас- стояние от среза сопла; Йо и Ьз — соответственно радиус сопла и полуширина щели сопла, из которой вытекает струя; а— экспериментальный коэффициент структуры струи, учитывающий ее начальную турбулентность и неравномерность входного поля скорости. При Не= 2 10' коэффициент а праитически не зависит от критерия Рейнольдса. Для равномерного профиля в устье коэффициент структуры для круглой струи а=0,07 †: +0,08; для плоской а=0,1 †: 0,12.

С увеличением неравномерности начального профиля скорости коэффициент а растет. По мере удаления струи от сопла расширяются ее границы, возрастает ширина струи, уменьшается средняя скорость в сечении и увеличивается расход жидкости. Количество движения в струе остается постоянным, а энергия ее падает. Точка О на рис. 2-3, а, в которой пересекались бы внутри сопла внешние границы пограничного слоя струи, называется ее полюсом. Полюс основного участка расположен за соплом на расстоянии от его среза Аз=0,29/1з/а для круглой струи и Ьз=0,41Ьз/а для плоской струи.

Внешние границы свободно расширяющейся круглой нзотермической струи имеют угол раскрытия 15 — 22'. Центральный угол, определенный по точкам, соответствующим половинной скорости, составляет для осесимметричной струи 10', а для плоской струи 11'. Одной из характерных особенностей свободных прямоточных турбулентных струй является малая поперечная составляющая скорости в любом сечении струи по сравнению с продольной составляющей.

Поэтому в инженерных приложениях теории струи поперечными скоростями можно пренебречь. Г. Н. Абрамович обобщил экспериментальные данные многих исследований и установил подобие полей скоростей (и избыточных температур) во всех поперечных сечениях основного участка и в пограничном слое начального участка турбулентных струй любой формы, движущихся в неограниченном пространстве, а также в спутном или встречном потоке жидкости. Профиль поля скорости в пограничном слое начального участка турбулентных струй может быть выражен зависимостью: (2-1) где т)= (у — у,р)/Ь, — безразмерная ордината; у,р — ордината наружной границы зоны смещения; Ь,— толщийа пограничного слоя; и и у — текущие скорость и ордината; вз — скорость на выходе из сопла; ш,— скорость среды, в которой распространяется струя.

Обозначив оп=гас/о~о, нз (2-1) получаем йз р,в р,з р,х р а,г дг дз де цз дз ду йз дз 11 Рве, 2-4. Профиль снороств а струйном пограничном слое по опытам Алъ- бергсова, О. В. Якоплевспого н Геттингенской лабораторна г — пааскек стррк1 р — асесвииетрвчвек, се е. 6 и 8 — асесвиметричвкк1 ее е1 з-1,еа; е — то ме, м-е,е1 з-1: а — то ые, м-е,ег. а-ней в-какеев !-П-о1те1е— теаретичесвва прозаик Шлвктивга В затопленной струе лг=О; тогда — = 1 — (1 — т1те)и.

гве Профиль относительной избыточной скорости н пограничном слое начального участка турбулентной струн иллюстрирует рис. 2-4. На атом рисунке приведены также данные, полученные О. В. Яковлевским для неизотермнческих струй при 6= =Те(Та=1,43; 1 и 0,32, показывающие, что и в неизотермических струях в изученном интервале температуры профили относительных избыточных скоростей могут быть приближенно описаны той же универсальной кривой, что и в изотермических струях. Для основного участка турбулентных струй профиль относительной избыточной скорости в любом поперечном сечении описывается 'формулой Ь1и ы — ®а ~1 ииег Ап1веке ®кекс — ые Зй ЬО о,в О',б о дг ор аб дв ьо вх (О ув ув го в,г гр Рис.

2-5. Профиль избыточной скорости на осноином участке струи по опы- там Вайнштейна, Пабста, Альбертсона и Лр. 1-илоскаа струи, ж О,б; 8-1; у — то же, ж-ОЛЗ 8 1; б — то же, ж-ОЛП 8-1: а-ссесимметричиак струи, ж 01 8 1; б — то же, 8 а где о=у/Ь; Ь вЂ” полутолщина рассматриваемого сечения основного участка струи; тэмакс максимальная скорость в рассматриваемом сечении. На рис.

2-5 изображены профили избыточной скорости в различных поперечных сечениях основного участка плоскопараллельной и осесимметричной струй прн спутном течении (уи)О) н без него (ум=О). По оси абсцисс отложены безразмерные ординаты у/ув, где уз — расстояние от оси до такой точки, в котОРОй ОРИ вЂ” Ибо = О,б (Нбежис — И1с) Теория Тейлора связывает безразмерный профиль избыточной температуры в струе с профилем относительной скорости следующим соотношением: Т вЂ” Т от / ав 1'макс — Тс аТмекс Ч Лвмакс где Т и Т„,к,— соответственно температура в данной точке струи и на ее оси.

Опыты подтверждают подобие полей температуры в различных сечениях струй (рис. 2-6, 2-7) до О=ТО(ТО=3. В работах В. А. Вулиса и других исследователей показано, что для струй сжимаемой жидкости универсальным является произведение относительной плотности потока импульса ртнту(рстб4) и относительной избыточной энтальпии: рв (срТ вЂ” (срТ)с) Рева ((срТ)~ — (ООТ)~) поэтому при расчете таких струй следует использовать зависимости, установленные в этих работах (индекс 0 относится к параметрам в устье струи, а индекс «с» — к параметрам окружающей среды).

31 О,» 6 $2 ДО О,'6 ДО 21 Рнс. 2-6. Профиль ивбыточной температуры в пограничном слое начального участка осесимметричной струи (е О) по опытам О. В. Яковлевского à — 8-1.12; 2-6-1ЛЗ; 3 — 8-832 Далее рассматривается движение струй несжимаемой жидкости. Опытами было также установлено, что механиэм переноса тепла и примесей в струе один и тот же; вследствие этого про- 1,О йО О 22 йч йО 28 18 72 28 18 ОВ Оур 2Д 28 Рис.