1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (Н.Ю.Корчунов, В.В.Померанцев - Основы практической теории горенияu), страница 9

Ниже приводятся некоторые характеристики закрученных струй, полученные различными авторами для осеснмметричных кольцевых струй с цилиндрическими соплами. Опытами установлено, что независимо от типа завихрителя струи, у которых параметр крутки в выходном сечении сопла одинаков, имеют практически одинаковые аэродинамические характеристики. Из характеристик закрученных струй наибольший практический интерес для топочной техники представляют следующие: 1) распределение составляющих вектора скорости н распределение статических давлений по радиусу струи; 2) падение максимальных скоростей по длине струи; 3) размеры зоны обратных токов и количество рециркулирующих в ннх газов; 4) угол раскрытия и диаметр струи; 5) нарастание массы струи; 6) количество движения в струе и момент количества движения. На рис.

2-!6 показано радиальное распределение осевой составляющей скорости в различных сечениях осесимметричной сложной струи, вытекающей из каналов модели вихревой горелки в затопленное пространство. Внутренняя струя (первичный воздух) закручивалась улиточным аппаратом и вытекала со скоростью вч=20 м/с, а внешняя струя (вторичный воздух) закручивалась тангенциальным направляющим лопаточным аппаратом и вытекала со скоростью в,=30 м7с, Изменение угла наклона лопаток завихрителя вторичного воздуха позволяло изменять параметр круткн сложной струи.

Штриховые линии на рис. 2-16 показывают распределение скоростей при и=1,1, а штрих-пунктирные — при п=5. При малом параметре крутки на расстоянии от устья горелки, равном диаметру амбразуры, зона обратных токов уже исчезает. С увеличением интенсивности крутки возрастает радиус окружности максимальных скоростей и расширяются границы струи. 47 434 Рис. 2-16. Распределеиие осевых составляющих скорости по радиусам струн в различяых сечениях сложных кольцевых закручеяиых струй при вг =20 м/с, ыа 30 и/с (Р— угол устаиовки лопаток) — р ат, е 3; — — р ЕО', л 6~ — — — р ЗЕ;а 1,1 Распределение тангенциальных составляющих скорости по радиусу и вдоль струи в закрученных струях показывает, что чем больше параметр крутки, тем выше тангенциальная скорость в сходственных точках струи.

Распределение статических давлений в струях с различной интенсивностью крутки показано на рис. 2-17. Чем больше интенсивность крутки, тем шире область отрицательных давлений в струе. Вблизи устья сильно закрученных струй (п>1,5) разрежение на оси достигает (0,6 — 0,8) рнгагй, а на расстоянии приблизительно 7Ра давление в сильно закрученных струях вы- Ряс. 2-17.

Изменение статического давленая по радиусу н вдоль струя в завнснмостя от нятеяснвностя крутая пря вг 20 м/с, ма=30 и/с à — р 60'. л 6,6; 3 — 3 Ю'. л 3; 3 — 3 40; л 3~ 4 — р 30; л 1,1 равнивается по сечению и становится практически равным атмосферному. В соосных струях поле давления зависит от отношения скорости внешней (основной) струи 033 к скорости внутренней стРУи гпь Чем больше 033/гпь тем меньше относительное Разрежение Р!(О,бргве) на начальном участке струи. На рис. 2-18 показаны кривые падения максимальной скорости по длине кольцевых, сильно закрученных струй по данным Шагаловой и др.

Интенсивность падения максимальной скорости по длине закрученной струи возрастает с усилением крутки. На начальном участке сильно закрученных струй уменьшение максимальной скорости по длине струи может быть представлено зависимостями: при 0,2<х/Р,<1; при 1 =хФ„<4. мн мака ыо х а йр б 7 к и 2 з 4 Рис. 2-18. Изменение мансимальиой осевой скорости ио данным С. Л. Шагаловой, В. М, Кацмана и Т. И. Бадихниой для одиночных кольцевых струй (! — 4) и для соосных струй (Ю вЂ” 10) НК коавоа ... Г З З К З З 7 З З ГО Зиакеииеи....' Нз З,О ВО ЗЛ ЬЗ З,О Ьз З.О *б ЬО Формулы справедливы для !,2(п(5. Они характеризуют падение скорости в закрученных струях, вытекающих в свободное пространство с практически нулевой скоростью движения газов в нем (затопленное пространство).

Каи и в незакрученных струйных течениях, с ростом скорости среды, в которую вытекает струя, эффективные границы закрученных струй сближаются, а падение максимальных осевой и тангенциальной скоРостей замеДлЯетсЯ. ПРи оДном и том же т=звс(тно закРУчивание струи приводит к более быстрому ее затуханию. С увеличением параметра крутки границы струи расходятся, и масса ее в сходственных сечениях растет.

ЮО Увеличение массы струи М=2ар) ги,гак (по длине в гра- е ницах по ти,, ек /тес=0,1) можно с достаточной для практических расчетов точностью описать зависимостью ' =(0,32+0,4в) —" Ме 0и Наружная граница закрученных струй на начальном участке близка к прямолинейной. Для значений ти /тл:сивке=0,! она может быть определена по змпирической формуле — =(0,26 + 0,07п) — +О,б при 0,2<хИи<3. Ов е На рнс.

2-19 показано радиальное распределение осевыхскоростей в приосевой области кольцевой струи для различных л. Характер изменения размеров зоны рециркуляции как для сложных кольцевых, так и для простых струй одинаков. По мере удаления от устъя факела ширина зоны рециркуляцни и количество газов в ней сначала возрастает, а затем начинает падать. Чем больше интенсивность круткн, тем больше зона рециркуляции и тем болъшее количество газов рециркулнрует к устью факела (рис. 2-20).

Изменение режимных условий ис- "5 и 5 вг 5 -5 5 д -5 5 к. 5 5,5 45 1 5Х/ои Рве. 2Л9. Редивльное распределение скоростей в вихревой облестн прн рвл- личной интенсивности прутки 01 лаан Рн 01 Ря 00 15 х/Рл 0 а4 1,0 1,5 50 .т~Вл Рис. 2-20. Зависимость ширины зоны рецнркуляцин от расстояния до устья струн: а — при разных углах установки лопаток р 1 — р-о; з — р-м', з-0-аг; а-0-нг; а-0-нг 0 — прн разных шз/ш~ н 5=50' 1 — м0м~ Н т — м4м, Ьа; З вЂ” аа1аа 13 течения кольцевых соосных струй оказывает некоторое влияние на размеры зоны и количество рециркулирующих газов, но основным определяющим параметром остается величина л.

Для струй с рн4Гз/(ргв)гз) 3 размеры зоны обратных токов могут быть выражены следующими эмпирическими формулами: длина зоны обратных токов 1р,н1Он=0,7л1э+0,8; максимальный радиус зоны рециркуляции 'Рр~!Ра=0,1п+0,%. Формулы справедливы для 1(в<4. Расход обратного тока вблизи устья сопла близок к нулю и достигает максимального значения на расстоянии х1Ра=0,5 —: —:1,0 (рис.

2-21). С увеличением крутки увеличивается угол раскрытия струи. Поэтому при одинаковом соотношении размеров камеры н струи закрученные струи касаются стен раньше, чем прямоточные. Поскольку нз-за малых скоростей границу струи определить сложно, раскрытие струи обычно оценивают по радиусу, на котором осевая скорость равна половине максимальной. Угол, соответствующий половинной скорости, можно представить эмпирической зависимостью а= 5,0+7п. Следует отметить, что увеличение угла раскрытия струн, а также уменьшение дальнобойности не происходит непрерывно с увеличением крутки.

Приближение угла раскрытия к некоторому предельному и уменьшение дальнобойности наблюдается до значений а=б. При л=б —:7 режим течения становится неустойчивым и при незначительных нарушениях струя начинает «стелиться» вдоль стенки. В этом случае максимальное разрежение в струе имеет место у стенки.

Такой же характер течения 52 Рис. 2-21. Расход обратного тока дла горелок рааличиых типов а„аа аа Ок наблюдается при вытекании закрученной струи из расширяющегося устья с центральным углом 2().=.в 90'. Для закрученных струй не удается найти универсальный профиль скоростей во всей области течения. Вместе с тем, как показала обработка многочисленных экспериментальных полей осевых составляющих скоро- сти, в струях с различной интенсивностью крутки на начальном участке можно выделить две области течения, в каждой из которых профили скоростей приближенно можно рассматривать как подобные.

Граница этих Областей очерчена на рис. 2-!4 кривой у „„„соединяющей точки максимальной скорости. Внутреннюю область течения, простирающуюся от оси до поверхности максимальных скоростей, можно рассматривать как зону взаимодействия закрученной струн со встречным потоком жидкости, а вону от поверхности максимальных скоростей до внешней границы — как струю, распространяющуюся в затопленном пространстве. Профили относительной осевой скорости, построенные для внутренней зоны в виде зависимости ка мх макс мк г ( л ргр ! а для наружной в виде зависимости мх г р гагр практически совпадают для различных сечений начального участка струн (рис.

2-22). Здесьу;р, угр, Ь'", Ь" — соответственно ординаты границ струи и значения толщины пограничного слоя во внутренней и наружной зонах. Толщина зоны смешения в пограничном слое определялась путем наложения теоретического безразмерного профиля скорости на экспериментальный, причем эти профили совмещались: ДЛЯ ВНуТРЕННЕй ЗОНЫ СТруи В ТОЧКВХ (тех макс Грх)/(Гвх макс Гвх мак) =0,1 Н (гвхмакс гвх)/(Гехмакс гвх мак) =09, а ДЛЯ виЕШ- Ней ЗОНЫ В Точках, где грхlгвх акс=0,1 и 0,9. При ЭТОМ Ь=уал— — ув,р/0,625, где линии уел и увл — геометрические места точек с указанными выше значениями скоростей; они взяты с экспериментальных кривых на рис. 2-14. сомккс З1 алекс шмзкс-сомов и д и -йд д д, д уп Б ь од » гд 411 и ,д у-уят ь Рис.

2-22 линни — теоретике. вб 1 З О,В 1 1.Ь гб И 1б 1 1 в г ь ЗЗ конвой з/ззз... ЗЗ кдмвоа шов ° ° . бв од к7 лд д д',Б мма сомакс шмон йд -йд д д,д Безразмернме профили скоростей (сплошные ский профиль Шлнхтинга) 1 г 3 б 1лн пзг ксз з,а з 1б и бг ьеь ье г.е огв мг о2 кд 44 о 12 «а »14 огд пкв Граница зоны смешения для внутренней области у„'в =у„,— 0,218(ума — уав) для внешней области у"в = уев+ 0,218(увл — уев). Результаты обработки опытных полей, представленные на рнс. 2-22, показалн, что на начальном участке закрученной струн в выделенных областях течения безразмерные профили скорости универсальны н описываются с достаточной для инженерных расчетов точностью следующими формулами: для внутренней ветви мкмакс — мк тс азтв аамакс свамки для наружной ветви =1 — (1 — 1'„')'.