Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 21
Текст из файла (страница 21)
При Р=сопз1, полагая, что с помощью трубки полного напора определяется <и'>, получаем: ! <и>Расч и > <и> 1 1г (и)~1 1 =<и >(1+й,) )з; влияние изменения плотности сказывается на усиления неравенства <и>чь<и расч. Эта погрешность не может, однако, полностью (нлн в основном) объяснить наблюдаемый в опытах и согласующийся с расчетом значительный прирост скорости в зоне горения, которому отвечает ориентировочно падение давления в турбулентном факеле порядка 9,81 — 98,1 Па, а в ламинарном порядка 0,981 — 0,098 Па 130, 80). И существо вопроса вовсе не в уточнении поправок на пульсации (илн влияния их на прямые измерения). В самом деле, маловероятное, судя по оценке, совпадение значений суммарнои погрешности пря определении скорости и прироста ее при пересечении зоны горения, если бы оно и наблюдалось в каких-то условиях, было бы чисто случайным и не сохранялось бы при вариации условий экспсрпмеыта.
Об этом жс свидетельствуют опыты, проведенные прп повышенном уровне турбулентности, создаваемом с помощью механического турбулизатора. Расширение факела в поперечном направлении резко возрастает при значительной интенсификации турбулентности, соответственно растет и ширина отдельных 120 ж 0,05, (р> <и) <Р~" > 01.
<Р" > <р) <т> <Р> <и> дает следующие значения поправочных коэффициентов: А1( г1+ 2211м <0,2; йз 0,1; ~ — '~ ' -.: 1,2. Для прямоструйных пламен . ~ 1+!и более реально принять <и>ра,„=1,! <и>. Таким образом, рассчитанное без учета влияния пульсаций значение скорости струек тока. В результате несколько уменьшается, а не увеличивается рассчитанный по формуле (6-1) «всплеск» скорости во фронте. Кстати, именно в этих условиях, когда интенсивность турбулентности в набегающем потоке весьма велика, становится вероятной реализация режима, отвечающего постоянному давлению и скорости. Высокий уровень турбулентных пульсаций приводит к значительной интенсификации горения и одновременно к более быстрому затуханию струи в целом; внешним выражениелт этого является короткий и широкий факел.
В последнем несколько меньше падение давления и прирост скорости в зоне горения, чем при выключенном турбулизаторе. Неоднородность поля давления присуща в принципе не только гомогенному, но и диффузионному турбулентному факелу. Однако, как и в инертных струях, она пренебрежимо мала в затопленном диффузионном факеле и при небольших значениях параметра спутности — т= и (из. Но при достаточно высокой спутности, в особенности если значение этого параметра близко к единице (нли превышает ее), неоднородность поля давления заметно увеличивается. Это приводит к перестройке течения и изменению распределения и, риз и риби. В условиях высокой спутности из-за стесненности потока и невозможности заметного расширения его в поперечном направлении имеет место предельно большое ускорение газа и падение давления во фронте.
Но поскольку в диффузионном факеле фронт пламени расположен под весьма малым углом к набегающему потоку, абсолютное увеличение продольной компоненты скорости может быть невелико. Значительное ускорение газа в турбулентном гомогенном факеле подтверждено в последнее время прямымп измерениями распределения скорости в зоне горения. Проведение таких язмерений оказалось возможным благодаря развитию новых методов диагностики пламеи и прежде всего лазерной анемометрии.
Исследование поля скорости в прямоструйном и обращенном турбулентном гомогеином факелах проводилось с помощью лазерного анемометра, схема которого приведена на рис. 6-1 ' [43) Анемометр состоит из источника света — лазера ЛГ-36, фотоумножителя (ФЭУ), анализатора спектров АСШ-4 и системы линз и зеркал Луч лазера после отражения от плоских зеркал М! и М2 делится полупрозрачной пластинкой М4 на два. Параллельные лучи фокусируются линзой Л! (фокусное расстояние (=20 см) в изучаемую точку струи.
Изменение угла а между лучами осуществляется путем поворота полупрозрачного зеркала М4, т. е. регулированием расстояния между параллельными лучами, падающими на линзу Л!. Для повышения про- * Измерення проводились в открытом турбулентном гомогенном факеле, образующемся прн нстеченнн однородной смесн нз сопла диаметром 40 мм. 121 странствениого разрешения прибора (особенно при малых значениях а~10') в схеме анемометра использована короткофокусная линза Л2 ((=20 см).
Система линз Л2 и ЛЗ обеспечивает получение изображения перекрестия лучей на диафрагме Д2, что значительно облегчает юстировку прибора. Диафрагма Д! (диаметр 4 мм) н красный фильтр СФ служат для уменьшения паразитного рассеянного света. Измерение скорости в различных точках поперечного сечения осуществлялось путем перемещения системы линз и7! и .72: и ' т М5 МЛ~ Л! и !(г лт~Р1 СФ лз 31 ," ! ~ М! Рнс. 6-!. Схема лазерного анемометра Р (и) и ои ~и) =. ( Р (и)г(и где Р(и) — плотность вероятности распределения частиц по скоростям.
При определении дисперсии (интенсивности турбулентности) функция Р(и) аппрокспмировалась кривой Гаусса. вдоль оси — перемещением блоков П н !!(, а также оптической части регистрирующего блока 7(т. Для определения скорости в факел вводились мелкие (г( -1 мкм) частицы. Расссянные иа твердых частицах волны с допплеровским сдвигом частоты смешивались на фотокатоде ФЭУ. Сигнал с фотоумножителя, несущий информацию о распределении частиц по скоростям, регистрировался на экране спсктроанализатора. Средняя скорость определялась нз соотношения: дй( фс ахб р уйб уб утй Рнс. бмй Лэродннамнческая структура обрашенного гомогенного факела 1 — ри'-, т — ьт, 3 — и, т — р и" а — прямоструйный Сплошные линии топкие — азотермы, шгрикоеЫе линни — изобары, сплошные лкиии толстые — лилии тока 124 Рпс.
6-4. Структура турбулентного гомогенного факела: — х — у г факел (х= —, у =- — ~, б — обрашенный факел г(о "о — х — у (х= —, у= — ' с(ст г(сг / На рис. 6-2, 6-3 приведены данные о распределении среднсй скорости, динамического давления и температуры в прямоструйном и обращенном гомогенном факелах. Здесь же представлены результаты расчета <и> по данным измерений <ри'> и <Т>.
Из графика видно, что в зоне горения турбулентного гомогенного факела наблюдается значительное увеличсние скорости по сравнению со скоростью набегающего потока, Как было отмечено ранее, это связано с неоднородностью поля давления в зоне интенсивного тепловыделения. Приведенные данные свидетельствуют о качественном соответствии расчетных н экспериментальных профилей <и> в прямоструйном и обращенном факеле. Последнее подтверждает сделанные выше оценки влияния пульсационных величин на <и>.
Что касается количественного соответствия результатов, то, как видно из графика, расчетные значения <и> заметно превйшают значения средней скорости, полученные с помощью лазерного анемометра. Существенный интерес представляют данные измерений пульсационной скорости. Из графика видно, что распределение $гц" в поперечных сечениях прямоструйного и обращенного факелов носит весьма сложный характер.
Во внутренней области обращенного факела, заполненной продуктами сгорания, распределение )~ц" практически равномерное. При приближении к фронту пламени интенсивность пульсаций увеличивается и достигает значений порядка 4 — 8%. Во внешней области факела интенсивность пульсаций вначале (при удалении от фронта) убывает, а затем (в области внешнего пограничного слоя) увеличивается. Аналогичный характер имеет распределение пульсаций и в прямоструйном факеле. Здесь также наблюдается значительный рост интенсивности пульсаций в зоне горения и последующий спад величины к~и" в области, заполненной продуктами сгорания.
Это отчетливо видно из данных, относягцихся к начальным сечениям факела (х/г(= )†: 2), где измерениями была охвачена значительная часть зоны смешения. В наиболее полном виде аэродинамическая и тепловая структура турбулентного гомогенного факела показана на ' рис.
6-4 в виде сетки линий тока, изотермн изобар осредненного течения. Типичная для прямоструйного и обращенного факела картина линий тока, изотерм и пзобар, представленная па рис. 6-4, свидетельствует о качественном отличии действительной структуры турбулентного факела однородной смеси от принимаемой иногда одномерной схемы с плоским, нормальным к потоку фронтом пламени [2Ц.
Последнее не исключает, разумеется, возможности использования приближенных расчетных схем и, в частности, одномерных моделей для оценки некоторых сум- 1аа марных характеристик факела. Что касается полноценного регпения задачи об аэродинамике гомогенного факела, то оно можст быть получено лишь путем решения (по-видимому, численного) системы уравнений, описывающих двумер- х нос течение реагирующего газа. б-2. ЛРямостРуйныи ФАкел миллиметра) расстоянии. на интенсивного тепловыдеы горения сопровождается и вырождением провала Гвт На рис.
5-5 приведены экспериментальные данные о распределении скорости, плотности потока импульса и температуры в поле течения турбулентного прямо- струйного факела однородной смеси (а=1,25). Они дают наглядное представление об аэродинамике гомогенного факела н изменении профилей характерных величин на различных участках течения. Из графиков видно, что температура на оси факела монотонно изменяется от начального значения на срезе сопла до максимального (в вершине факела), отвечающего температуре горения. Распределение температуры в поперечных сечениях имеет характерный для факельного горения вид с экстремумом на фронте пламени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
