Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 20
Текст из файла (страница 20)
При спугнем течении местоположение фронта пламенн определяется не только значением комплекса 87ы, ио и знзчениямк параметров и> и ю. Соответствугощие данные о зависимости >86!к~64>, рр ы7, отвечаюпгие различным значениям параметров ш и ю, масут быть определены по формулам, приведен. ным в табл. 5-3. 0 0 0 0,975 0,940 9,906 0 0 0 1,08 1,045 1,0! 0 0 1,!95 1,16 1,!25 5.3. ПРИМЕР РАСЧЕТА ЗАТОПЛЕННОГО ФАНЕЛА Определим основные карактеристики турбулентного асесимметричного факела, образующегося прн горении струи метана, забалаастированного инертным газом.
Начальную концентрацию топлива в газовой струе с~р примем равной О,! кг(кг, а концентрацию окислителя Ог в окружающей среде ск равной 0,23 кг(кг. Температуры топлива и окисднтедя будем считать равными соответственно 700 п 300 К. Стекиометрнческий коэффициент реакции СН4+20?=СОз+2Н?О найдем пз соотношения (5-1); О=4. При калорийности метана 0=50,232 кДж)кг параметр 0=5,2. В расчете принято среднее дая данного интервала температур значение ср †- 1,38 кДж((кг К). Учитывая зто, найдем (см. табл.
5-1) значение комплекса (1, температуры горения Таблийа б-б Те и параметров ю и 01! (табл. 5-5). По приближенной формуле (4-!6) (см. также табл. 5-2) най- тф к дем длину факела 2,74 1770 — = 4,7)) )' о! =- 20,5 . 2,54 5,9 Таблица б-б ) бф 1,2 1,4 1,6 1,64 0,2 О,б 1,0 0,8' 0,4 35 40 4! 20 15 10 1,93 0,45 94 2,05 2,63 2,78 1Щ7 Результаты расчета изменения скоростн, температуры и концентрации вдоль оси факела приведены в табл. 5-7. Здесь же приведены данные об изменении плотности потока импульса и паотноста тока па оси течения и скорости вдоль фронта пламени.
Таблица 5-7 !'177, 1,2 1,4 1,6 1,64 О?2 0,4 ощ а.а ЗО Зб 40 к?г, 5,0 10 )ри') ' (би)=. 0 "0 0.159 0,120 0,093 0,090 0,500 0 324 0,222 0.969 О.?91 ),о 0,304 0,30 0,399 0.347 ),О О,бз О,?03 О,б? ),о 0,47 112 Для определения формы факела используем данные табл.
5-4. Учитывая, что в табл. 5-4 отсутствуют данные, отвечающие руы=4,36, найдем значение уе путем линейной интерполяции результатов, отнасящикся к значениям ()710=4,3 и ())О)=4,4 (таба. 5-6). Окончание тнабл. 5-7 1,4 1,6 1'б lт. 0,8 1,2 1,о 0,255 О.отз о,ато 0,404 1,о 0,991 0 692 О,!2! 0,092 о,ыз ® 0,447 О,ЗЫ О.ттт 0,572 о,зоз 0,260 О. 233 1,о 0,265 0,368 р05(5 ) 1,52 1.56 1,Зт 1,о 1,!з 1,45 1,а 1Л4 иилс ис о,баз 0,476 0,472 0,5И 1,о 0,79 1,о !.о о,бв 0.91 т т, 0,466 0,96 0,394 О,646 0,75 О,З94 1,о 0.98 0,825 с, с„, 1,а 0,585 О,обб 0.032 0.288 6,148 1,о 0,688 0,4!6 ! Ои Злс оси, 1,о О.!35 О, 194 о,тз 0,55 0,222 1,9 О,З22 0.260 О 24! иа и, 0,202 О, 219 0,472 0,42 О,З24 о,зт Таблица б-б атгс 1,6 3,2 0.8 1.2 2,0 3,5 4,0 рис (-и' и) 2 0,3!7 0,301 00 иа 0,144 О,' 160 0,027 0,0!2 0,005 О, 092 0,054 0,003 Раб(1, О) ож 65 0,6!9 О, 610 О,З 80 0,449 0,164 0,1!О 0,0707 0,232 0,303 0,0548 р<Ъ, „) о,!ы 0,247 0,238 0.211 О, 131 0,035 а,ого о.о! о, сао 0.059 (, ) Зи и —, а 0 7 а.4зб о,чз4 0,4Н О, 388 О,З45 0,297 0,2!3 0,182 0.141 О, !09 ра,б(5, «) 113 В табл.
5-5 прелставлены расчетные данные о распределении характер- 7 х ных величин в одном из поперечных сечений факела( — =. 20,2) . Эти дан- 74 ные, э также результаты расчета изменения параметров вдоль осн приведены на рнс. 5-1 и 5-2. Окончание табл. 5.0 г.о 2,6 З,б 4,0 0.4 0.8 1,2 1.6 5.2 1,Ы Цао 1,40 1,41 1,49 1,52 1,57 1,60 1,Зб 1,44 1,З 0,765 0,72 О 159 0.645 о,овз 0,565 о,от 0.ЗЯ г т, 0.772 0.765 0,91 а,тз 0,77 0,425 0,815 о,вп 0,96 0.976 О.
565 О,ЗЯ4 о.обвб 0,545 а,зз 0,132 0,04 0,69 оы 9 ы 0,0525 О,ЗЮ 0,562 О, 512 О. 255 О,оа о,ню а,ыв 0,1 ов ть С„ ~ Иыси 7,0 02 0 0,0 7,0 г,б бг Туг, 0 6 0 72 70 луб, 5-4. ПРИМЕР РАСЧЕТА СПУТНОГО ФАКЕЛА Проведем расчет структуры турбулентного осесимметричного факела, распространяоощегося в спутном однородном потоке. Примем параметры газовой струи (смесь метана с инертным газом) и окислители такими же, как в предыдущем расчете, а отношение скорости спутного потока к начальной скорости струи равным О,З.
При выбранных значениях гоо, Тоо, го и То параметры р, б, ы и ы~ будут соответственно равны; 2,74; 5,2; 2,54 и 5,9. 114 Рис. 5-1. Распределение скорости, температуры и концентрации вдоль оси затопленного диффузионного факела 7 и г,сх,р", .~'Й Еы'07 '76и,' 1,0 Рис. 5-2. Распределение скорости, плотности патака импульса, температуры и концентрации в поперечном сечении затопленного диффузионного факела По приближенной формуле (4-39) (см. также табл.
5-3) найдем длину спутного факела т 1+ —, ( (1 — гл) -'; ал])а] ' = 1,27. 1 —— ]~ Я 1ф )ф !ил=а Учитывая, что при заданных значениях режимных параметров 1.!.=о ба !ф =205 (см. $ 5.3), получим: — ф = 26,5 Н Для определения формы факела используел1 данные табл. 5-3. Т исй сг Тз' ими си 50 щс 0 В й !б 70 70 х/0, 0 В,В сб 7,4 3,7 07'г, Результаты расчета зависимости у,л(хе) привелены в табл.
5-9. Таблица 5-9 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,43 7,3 14,6 21,9 29,2 36,5 43,8 51,! 0 х/го 1,44 1,83 2,07 2,!4 2,08 1,63 0,5 0 1,0 уф!ге Результаты расчета изменения характерных величин вдоль оси факела приведены в табл. 5-10 и на рис. 5-3 и 5-4. Из приведенных примеров видно, что рзсчет основных характеристик турбулентного диффузионного факела не сопряжен с какими-либо трудностями 115 Рнс. 5-3.
Распределение скорости, температуры и концентрации вдоль оси спутного дяффузнонного фзкела ил г„'йз'с„'с, 'ци, 1О Рис. 5-4. Распределение скорости, плотности потока импульса. температуры и концентрации в поперечном сечении спутнога диффузионного факела С О С" 1 6 С :О О Р Я ! Ъ Я Р + а С' С" О 1 "О С С~ Р Ю С )у д. р С С ь С ~!ь й, и ")ь „~ О, 0 О Р С ! 117 С С > С~ Я «~ Р Ю ц о .,! з О О С~ в С а!й С с о вычислительного характера. При наличии таблиц Р-функций и таблиц значений уе грйа, 8 Уы) он сводится к ограниченному числу весьма простых операций, поторые могут быть выполнены без применения специальной вычислительной техники.
В табл. 5-11 представлены расчетные данные о распределении характеру х ных величин в одном из поперечных сечений спутного факела ~ — = 29,2) . 'о Глава 6. Факел однородной смеси $-1. АЭРОДИНАМИКА ГОМОГЕННОГО ФАКЕПА Гомогенным факелом принято называть факел, образующийся при горении в свободной струе однородной смеси топлива и окислителя.
В аэродинамическом смысле такой факел представляет собой выраженное струйное течение со значительным превышением интенсивности поперечного переноса над продольным н локализованным источником тепловыделения — турбулентным фронтом пламени. Зона турбулентного горения представляет собой относительно широкую область, отличающуюся крайне сложной структурой [5), 69, 86, 88). Распределение скорости, температуры и концентрации в этой зоне зависит не только от кинетики химических реакций, но и от гидродинамики течения, предыстории процесса и от ряда других трудно учитываемых факторов. При изучении полей средних величин н интегральных характеристик можно отказаться от анализа тонкой структуры зоны горения и рассматривать турбулентный гомогенный факел как свободную турбулентную струю с сосредоточенным на фронте пламени источником тепловыделения. В соответствии с этим в поле течения гомогенного факела можно условно выделить три области, отвечающие соответственно зоне горения (конечно151 илц бесконечно малой толщины), зоне смешения свежей смеси н продуктов сгорания и зоне смешения инертного газа (или избыточного окислителя) и продуктов сгорания.
Возможность такой схематизации гомогенного факела определяется спецификой экзотермичсских реакций — локализацией горения в узком интервале температур — и расширением под воздействием турбулентных пульсаций не только зоны горения, но и всей области турбулентного перемешпвания. В таком приближении аэродинамика ламинарного и осредненного турбулентного факелов, в принципе, одинакова, хотя и резко различается количественно. Для обоих режимов горения факелов однородной смеси— ламинарного п турбулентного — характерно наличие области резкого повышения температуры и неравномерного поля давления. В связи с последним отметим неправомерность бсзогово- 118 рочного распространения на гомогеииый факел справедливого для свободных струй и диффузионных пламен приближения Р=сопз1. Прн горении факела однородной смеси наблюдается весьма заметное изменение давления в зоне горения и связанное с этим ускорением газа 1примерно в 1,5 и более раза) в окрестности фронта пламени [42, 55).
Наблюдаемый в экспериментах прирост скорости относительно скорости набегающего потока не связан с погрешностями расчетного определения значения <и> по 'данным измерений <ри > < т> "". ъ т! (Рпа> и>„,„') (Р> (и> где <р> = Р(Т> ' 16-1) Для оценки вклада пульсационных величин проведем расчет средней скорости с учетом пульсационных членов.
Представив, как обычно, актуальные значения плотности, скорости и температуры в виде р=<р>+р', и=<и>+и', Т=<Т>+Т', запишем выра>кения для <риа> и <Р> в виде: <рис> = <р- «иа> 1+ + (и>а ( р'и' ) ( р'иа ) (р> (и> (Р) (и)'1 + <Р'- =)т «р> <Т> ~1+ 1 1. <р> (т> 1' где Выражение для определения средней скорости может быть представлено в виде: ! 1 (Р> (и>' ~а 1 <Ри'> ~с Т )а <Р> ) 1 <Р> <н> =~ где А (" ) 2 (Р" > (Р' » О + (р> (и> (р) <и> т 1— !! )а 119 При расчете по формуле 16-!) полагается, что с помощью пненмометрпческого насадка и термопары определяются практически средние значения динамического даалення и температуры, а влияние пульсадионнык составляющих не учнтыиается.
Грубая, значительно завышенная оценка для весьма интенсив- ных пульсаций с ) <" > 03 †:04 (и) оказывается несколько выше действительного. В качественном отношении неравенство <и> « и>расч сохраняется и для измерений в несжимаемой жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
