Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 19
Текст из файла (страница 19)
На рис. 4-22 для ряда значений параметра Аг сопоставлены экспериментальные н расчетные данные об изменении температуры вдоль оси составного факела." Из графика видно, что соответствие опытных и расчетных результатов прп М =0,02 может быть признано удовлетворительным. При Аг>0,02 расхождение данных, относящихся к начальному и переходному участкам, заметно возрастает. Аналогггчная картина наблюдается и при сопоставлении данных о распределении температуры в поперечных сечениях составного факела. Некоторое улучшение сходимости расчета и эксперимента может быть достигнуто при учете изменения молекулярной массы, теплоемкости и т. д. Однако такое уточнение не может привести к существенному изменению результатов в начальном участке, где погрешность приближенного решения, связанная с пренебрежением конечным размером сопел, резко возрастает.'" Кроме того, в окрестности * Расчет проведен прн следуюпгггх значениях эмпирических постоянных: о=075, с=0,055, ** Анализ структуры составного факела с учетом конечного размера сопел не связан с трудностями принципиального характера.
Однако расчетные соотногпенин в атом случае оказываютсв весьма громоздкими и трудно обозрнмымн. 102 сопла принятое в расчете допущение об изобарности течения яв.чяется, по-видимому, весьма грубым. Остановимся вкратце еще на одном типе составного факела — диффузионном факеле, образованном системой газовых струй, расположенных равномерно вдоль некоторой прямой. Закономерности развития такого факела в значительной степени аналогичны закономерностям развития рассмотренного выше факела.
В обоих случаях в зависимости от расстояния между соплами реализуется либо сомкнутый, либо разомкнутый режим. Т~Тф Рис. 4-22. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных о распределении температуры вдоль оси составного турбулентного факела т — л=о,ао~э, х — и=о,оса, г — н=о,ом Для расчета профилей характерных величин, длины и формы факела можно воспользоваться обобщенными соотношениями. При этом значения функции ЕД, д) могут быть найдены путем суперпозиция решений, описывающих распределение плотности потока импульса в струе-источнике или струе конечного размера.
В целом схема расчета такого факела идентична рассмотренной выше. Что касается экспериментальных данных по аэродинамике таких пламен, то оии 'крайне ограничены. Некоторые результаты, характеризующие развитие факела при изменении расстояния между соплами, приведены иа рис. 4-23. Оии показывают, что основные характеристики факела существенно зави- Г сят от отиошения —. 103 Приведенные примеры, естественно, не исчерпывают возможностей приложения развитой выше схемы к расчету аэродинамики сложных видов турбулентных газовых пламен. Упомянем в связи с этим успешные попытки применения метода зквивалентной задачи теории теплопроводности к расчету прямоструй- а) губ 255 па па а 45 дул а гд уу'л Рис. 4-23.
Распределение температуры а состааном (фрактальном, п=з) фа- келе: а — сомкнутый режим, б — разомкнутый режим ного факела при наличии продольного градиента давления [411, а также закрученного турбулентного факела [9. 76, 83]. Некоторые результаты, относящиеся к диффузпонному ~орению в сложных струйных течениях, содержатся в работах [4, 12, 20, 72[.
В частности, в работе [121 на основе метода эквивалентной задачи теории теплопроводности разработан приближенный расчет горения неперемешанных газов в системе последовательно чередующихся плоских турбулентных струй топлива п окислителя. 104 Глава 5. Инженерный расчет факела 5И. МЕТОДИКА РАСЧЕТА т, Чати ц ию и О и2 Те Те Т10 Т2„ ~'"1(1+ э)+в(б — 1)1 ~+ гм с Стехиометрический коэффициент 21 определяется по уравнению химической реакции. Например, при горении окиси углерода в воздухе (2СО+02=2СО2) стехиометрический коэффициент 2=0,57, при горении метана (СН1+2О,=СО2+2Н20) коэффициент 12=4,0. Для углеводородных топлив С,Н2 значение О может быть наидсно из соотношения: (5-1) Следует подчеркнуть, что под 11 подразумевается стехпометрпческое соотношение, рассчитанное по кислороду, т. е.
количество Ом необходимого для полного сгорания одного килограмма топлива. Это соотношение определяешься только химическим составом топлива и ие зависит от концентрации окислителя в окружаюшей среде. Приведенная в табл. 5-1 формула для расчета температуры горения получена прп допущении о полном сгорании реагентов п отсутствии потерь тепла излучением. Она дает несколько завышенные значения Те по сравнению с наблюдаемыми в эксперименте.
Однако различие действительных и расчетных значений Те сравнительно невелико и может ие учитываться в инженерном расчете. 1вв Конкретизируем полученные в предыдушей главе результаты на примере расчета аэродинамики затопленного и спутного турбулентных диффузионных факелов. С этой целью приведем основные соотношения и таблицы и изложим последовательность инженерного расчета факела.
Инженерный расчет диффузиоиого факела включает в себя определение длины и формы пламени, а также профилей скорости, температуры и концентрации во всем поле течения. Для определения этих величин. необходимо предварительно найти значение стехиометрического коэффициента реакции й, пара- МЕтрОВ р, и2, Саь Лг И тЕМПЕратурЫ ГОрЕНИя Т1и СООтВЕтетВувщИЕ формулы для расчета этих величин приведены в табл.
5-1. Таблица б-1 о 8 м е о. ! + ~з О ( ссс !з о с б ~д ! ,Д~ о,Д й, ~э ~з !! Д)ь о И сс о, о й, ссс !а!а са з3 е й, !о.!а !а~а „фо со ! о ! с:с. + е ! 8 с ( с сс а з е 'е Б с с а !а!а д 8 8 Й ! ! ! о о о о В табл. 5-2 приведены основные соотношения для расчета аэродинамики затопленного турбулентного осеспмметричного -факела. Из табл. 5-2 видно, что при заданных значениях параметров р, ю и вз! [а следовательно, и РД ф, уф)] профили скорости, температуры и концентрации выражаются в виде весьма простых .
зависимостей от функции Р(й„у), описывающей распределение плотности потока пмпульса. Значения Р-функции могут быть вычислены по формулам (4-9, 4-10) плп заимствованы из специальных таблиц [27, 981 Порядок расчета затопленного факела сводится к следующему. По заданному составу топлива, его калорийности, концентрации реагентов с!о, ст и их температуре 7!о, Та определяются значения ьз, р, ш, ю!. Затем находится длина факела и значение функции Р(й„ф, уф). Решение уравнения РД ф, уф= =сонэ( — определение конфигурации факела — проводится методом последовательных приближений.
На заключительной стадии расчета определяются профили скорости, температуры и концентрации. Основные соотношения для расчета аэродинамики спутного осесимметричного факела приведены в табл. 5-3. В табл. 5-3 введены обозначения: [5и ! о ~ Р (5ф, уф) Р(сиф, уф) !в 2 Последовательность расчета спутного факела такая же, как и затопленного. Вначале определяются координаты фронта пламени и длина факела, а затем проводится расчет поля скорости температуры и концентрации. В обоих случаях аэродинамический расчет факела целесообразно проводить в плоскости переменных с, у с последующим пересчетом результатов в плоскость переменных х, у.
Для затопленного факела такой пересчет осуществляется с помощью соотношения р 5 =ох (с — эмппричелг ! —— окая постоянная), для спутпого )' 5 = сх )' ы !+— $-2. РАСЧЕТНЫЕ ТАБЛИЦЫ расчет факела значительно упрощается при использовании таблиц функ(!+у) 7! †ций Е ($, у) = 0 5 [ег! ! = ! + ег! [ =) ~ и ьгг(5, у) =РД, у), явля- ( 2 г'э / [, 2 г~е ющихся опорными пля определения основных характеристик плоского и осесимметричного факела. Прв наличии таких таблиц (см., например, (27)) расчет факела сводится н решению несложной (см.
табл. 5-2 и 5-5) системы алгебраических уравнений. 109 о,а о,г о,з 0.4 о,з о,т о,! 2,75 2,72 2,68 1,63 1,62 1,6! 1,9! 1,91 ),ОО 2,89 1,32 1,32 1,32 2,16 2,36 2,56 2,54 2,5! 3,05 5,0 4,9 4,8 ),о ),о ),о 2,14 2,36 2,13 2,36 2,85 2,82 3,ОО 2 95 2,66 2,60 2,78 2,74 2,93 2,85 1,32 1,32 1,61 1,60 1,88 1,87 2,!1 2,09 2,31 2,29 2,49 2,46 4,7 4,6 ),о ),о 2,57 2,55 2,52 1,32 1,59 1,86 1,32 1,58 1,85 1,32 1,57 1,84 2,44 2,42 2,39 2,70 2,65 2,61 2,80 2,75 2,70 2,07 2,06 2,04 2,25 2,25 2,22 4,5 4,4 4,3 1,0 1,0 1,0 2,46 2,42 1,32 1,32 2,37 2,34 2,56 2,52 2,62 2,57 1,56 1,55 1,83 1,82 2,22 2,!8 4,2 4,1 2„02 2,0 1,0 1,0 2,47 2,40 2,35 2,31 2,28 2,24 2,40 2,35 2,32 2,50 2,44 2,37 2,!5 2,!3 2,!О 1,31 1,54 1,80 1,31 1,53 1,78 1,30 1,52 1,75 1,99 1,97 1,94 4,0 3,9 3,8 1,0 1,0 1,0 2,26 2,21 2,16 2,30 2,2! 2,14 1,30 1,50 1,75 1,30 1,49 1,72 1,30 1,48 1,70 2,20 2,16 2,12 1,92 1,90 1,87 2,07 2,05 2,02 2,30 2,22 2,17 3,7 3,6 3,5 1,0 1,0, 1,0 1,68 1,65 2,10 2,05 1,25 ! 25 1,47 1,46 2,0 1,95 2,08 2,03 2,10 2,0 2,05 1,92 3,4 3,'3 1,85 1,82 1,0 1,0 1,45 1,43 1,42 1,63 1,62 1,60 1,98 1,93 1,86 2,00 1,92 1,83 1,80 1,70 1,60 1,25 1,25 1,23 3,2 3,1 3,0 1,79 1,76 1,72 1,90 1,86 1,82 1,92 1,85 1,75 1,0 1,0 1,0 1,55 1,50 1,50 1,81 1,75 1,69 1,45 1,20 0,90 2,9 2,8 2,7 1,40 1,39 1,37 1,76 1,72 1,66 ),8О 1,72 1,60 1,65 1,55 ),42 1,20 1,20 1,69 1,65 1,61 1,0 1,0 1,20 1,0 1,55 1,36 1,20 1,46 1,43 1,)0 1,35 1,33 1,30 1,30 1,!2 0,90 1,19 1,61 1,53 1,45 0,75 0,55 0,25 2,6 2,5 2,4 1,60 1,55 1,50 1,0 1,57 1,52 1,48 1,!9 1,16 1,0 1,0 1,35 1,32 1,35 1,22 2,3 2,2 1,28 1,26 1,42 1,35 1,!5 1,14 1,0 0,90 1,43 1,37 0,6 0,30 1,0 1,0 1,!2 1,10 1,30 1,25 0,785 0,75 2,1 2,0 1,23 1,2 1,3! 1,26 1,11 1,24 1,20 1,0 0,65 0,45 1,0 1,0 11О Ранее было отмечено, что координаты фронта плалгени находятся путем решения трансцендентного уравнения Е(гза, уф) =сопи) методом последовательных приближений.
В табл. 5-4 для ряда значений ()Уы приведены результаты решения уравнения „ае 4г = ()р' ы для осесикметричного течения Г.(~ )о, р ) в ниле зависипостп Уф(Ус4г ))р ы) В последнем столбце таблицы содержатся значения У5ь соответствуюшие концу факела. Данные табл. 5-4 охватывают Таблица 5-4 >,6 ~ >,7 'е ~ 1'Г! !,о >,6 !,з >,З 1,4 3,02 ! 2,91 2,95 2,80 2,42 2,25 2,06 1,875 1,84 1,805 2,70 2,55 2,40 2,00 1,80 1,35 1,20 0,85 0,20 3,15 3,!О 3,05 3,12 3,05 2,98 3,14 3,09 3,01 2,82 2,70 1,82 1,60 2,55 2,20 2,42 2,!2 1,10 0,65 1,765 1,725 2,99 2,93 2,70 2,61 2,90 2,81 З,О 2,95 1,25 0,70 0,2 85 1,5 1,25 1,685 1,65 1,61 2,50 2,35 2,20 2,27 2,10 1,75 2,87 2,80 2,75 2,85 2,76 2,72 2,72 2,62 2,52 1,57 1, г>35 1,60 0,85 1,35 О 2,67 2,60 2,40 2,33 2,!О 2,00 2,60 2,50 1,0 0 0,75 0 0,35 0 1,50 1,46 1,425 2,52 2,44 2,35 2,40 2,30 2,05 2,02 1,86 1,75 1,60 1,40 1,19 1,39 1,35 1,3! 2,25 2,!5 2,05 2,04 1,90 1,65 1,48 1,45 1,0 0,85 0,70 О,!5 1,60 1,25 1,95 1,75 1,27 1,23 0,95 0,5 1,05 0,90 0,60 1,70 1,40 1,30 0,80 0,5 0,1 0,862 0,825 х область изменения $ от 0 до З,о ~0( — (2!) — ту область течения, в ко> торой струйное течение полностью сохраняет свои спепифнчесьие особенности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
