Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Наиболее резкое изменение темпера- пе туры наблюдается во внут- У ренней части факела (в пределах начального участка). где температура изменяется от начального значения То до Т ,„ на сравнительно небольшом (порядка По мере удаления от среза сопла зо ления расширяется. Расширение зон сглаживанием температурного поля температуры на оси факела.
Распределение динамического давления в гомогенном факеле имеет типичный для струйных течений вид. При удалении от среза сопла профили ри' изменяются от прямоугольных до профилей, соответствующих автомодельному движению в свободных струях. Наличие локализованного источника тепловыделения в поле течения факела не приводит к нарушению монотонности профилей динамического давления. Как показывиот опытные данные, влияние фронта пламени на распределение ри2 невелико н не й агап,гб и йгз йгб о йгб У/х у/х Ф' Рве 6-6. Профили риа н ЛТ в начальном участке прнатоструй- ного факела х х х х х 1 — — =0,8; 2 — — =Ь2; б — — =Ьа; 4 — — =-2,48 б — — =2: силашт2 т2 с1 с1 иая лилия — факел; штриааааа лиана — изатериичссаая струи приводит к качественному изменению распределения динамического давления, Сопоставление результатов измерений в начальном участке турбулентного гомогенного факела и свободной струп (рис, 6-6) показывает, что в газовом факеле профили риа более заполненные, чем в свободной струе.
Это объясняется следующим образом. Газовый факел можно условно представить как струю плот. ного газа, вытекающего в пространство, заполненное менее легким газом — продуктами сгорания. Как известно, интенсивность затухания струи тяжелого газа меньше, чем струи легкого газа, втекающсй в атмосферу более тяжелого.
Соответственно этому профили ри' в гомогснном факеле должны быть более заполненными, чем в изотермпческой струе. Что касается профилей скорости, то, как видно из графика, в гомогенном факеле они имеют экстремум в окрестности фронта пламени. Увеличение скорости 12В в зоне горения связано с искривлением линий тока вблизи фронта пламени и с появлением в этой зоне локального градиента давления.
Наибольший прирост скорости в прямоструйном факеле наблюдается в зоне максимальных градиентов температуры. По мере удаления от среза сопла происходит вь1равнивание температурного поля, которое сопровождается вырождением скачка скорости. йоиеу74 йЪ 08 2 Ф б 8 10 12 10 10 19 20 22 к 0 12 10 1В Х 5 б а Рнс 5-7. Распределение рие и ЬГ вдоль оси пряносгргйносо факела 1 — а=103; 7 — а=о,31; 3 — о=о,73; 4 — о=о,ьо; 3 — 94=-3,3.1оч е — не= =-3,7 Ю', 7 — не=на 1О' На рис. 6-7 приведены данные о распределении плотности потока импульса и температуры вдоль оси прямоструйного факела при различных значениях коэффициента избытка воздуха и скорости истечения.
При обеднении смеси длина факела резко сокращается, а максимум температуры смешается к устью горелки. Изменение местоположения фронта пламени заметно ока зывается на распределении плотности потока импульса. При уменьшении длины факела интенсивность затухания рия вдоль 429 5 З,няымп осп увеличивается. Соответственно этому сокращается и длина начального участка. Увеличение скорости истечения приводит к росту длины факела и уменьшению интенсивности нарастания температуры падения рив вдоль его оси. В обоих случаях изменение коэффициента избытка воздуха илп скорости истечения приводит к изменению местоположения фронта пламени.
Результаты обработки опытных данных об изменении ри' и /х~ температуры вдоль оси факела в виде зависимости ри4=1" ( — ) ~ф) ри' Хт„ п,в п,п п,п и п,г п,и пп пв и иуг„ пхх /хи Рис, 6-8. Зависимости Ритм=(( — ) и Лт м=(( — ) " (ъ) " Ьф) ри~ .= ехр ~ — (1,13 — ) ~, ЬТ„, =ехр ~ — ~ — ') ~. (6-21 (6-3) ~зо и ХТ=(( — ) показывают, что при таком, нормировании продоль! х ~.
~,1ф) ных координат опытные точки, относящиеся к различным значениям режимных параметров, группируются вблизи единой унитах~ нереальной кривой (рис. 6-8). Обобщенные кривые риа ( — ) ~1ф) и ЛТ ( — ) могут быть описаны следующими эмпирическими зат х~~ Ь,) впспмостями: Примечательно, что введение длины факела в качестве характерного масштаба позволяет обобщить также данные об изменении тепловыделения вдоль оси факела (см. далее). Распределение плотности потока импульса и температуры в поперечных сечениях начального участка газового факела показано на рнс.
6-6. Из графика видно, что экспериментальные точки, относящиеся к различным сечениям, группируются вблизи одной кривой. Это свидетельствует о подобии профилей ри' и ЛТ в начальном участке турбулентного факела однородной смеси. Изменение коэффициента избытка воздуха и скорости истечения смеси оказыва|от заметное влияние на распределение ри' и ЛТ. Во внешней области факела с ростом скорости истечения и соответственно с увеличением длины факела наблюдается )в более интенсивное падение температуры.
Во внутренней области Х~-Г(сс) градиенты температуры несколько уменьшаются. с!то касается Ги=РМ профилей 1тив, то они оказываются более «заполненными» прн высоких скоростях истечения. Г!о- ~ й5 ( Гс5 'с вышение коэффициента избытка 15 30 15 55 ив воздуха приводит к заметному Рис. 5-9. Зависимости гв(а) РасшиРению Динамического П и 1 („) теплового пограничных слоев. Последнее связано с увеличением угла наклона фронта пламени к набегающему потоку и с отклонением потока продуктов сгорания за фронтом от оси течения.
Оценки показывают, что при изменении коэффициента избытка воздуха от 0,66 до 1,25 угол, на который отклоняется поток продуктов сгорания, увеличивается примерно в 3 раза. Соответственно этому при увеличении а (или уменьшении ив) наблюдается заметный рост скачка скорости в зоне горения. Как показывают измерения, в турбулентном факеле однородной смеси, как и в свободных струях, расход увеличивается линейно по длине факела.
При горении наблюдается некоторое уменьшение прироста присоединенной массы по сравнению с изотермическимп струями. Это связано с уменьшением интенсивности смешения при истечении струи плотного газа (струи свежей смеси) в более легкий газ (продукты сгорания). Одной из важнейших интегральных характеристик газового факела является его длина. Некоторые данные о влиянии режимных параметров на длину прямоструйного факела приведены на рнс. 6-9, Из графика видно, что в исследованном диапазоне изменения скоростей истечения (7 < и ( 36 м1с) зависимость 1ф(ио) близка к линейной. На рнс 6-10 приведены данные, характеризующие изменение скорости, температуры и давления вдоль трубок тока, располо- 5» !31 ау и Рпс. 6ИО, Изменение скорости, температуры и давления (вдоль трубок тока) в прямоструйном факеле 1.
2, 3, т' — нарвкковые номера трубок Рпс. 66 И Схема факела: а — прямоструйный; б — обращенный 1Зйт женных на различном удалении от осв течения (рнс. 6-11). Рас- чет изменения и, Т и Р проведен на основе экспериментальных данных о распределении ри' и Т в поле течения факела с по- мощью следующих соотношений: Р=рТж1, ЬР= — уМо ~ —, и=(ри Т) 'о, (64) 1 (и) о ри/= 1, 6-3.
ОБРАЩЕННЫЙ ФАКЕЛ На рис. 6-!2 представлены опытные данные о распределении полного напора и температуры в поле течения обращенного гомогенного факела. Эти данные относятся к горению однородной пропановоздушной смеси, истекающей из сопла диаметром 40 мм. Факел стабилизировался с помощью плохообтекаемого тела (диск диаметром 3 мм), расположенного в центре сопла. Данные измерений показывают, что во внутренней области факела распределение температуры практически равномерное.
Последнее свидетельствует о том, что эта область заполнена продуктами сгорания. Некоторый рост температуры вдоль осн течения (наиболее заметный на малом удалении от стабилизатора) объясняется догоранием во внутренней области факела части непрореагировавшего на фронте топлива. Низкая полнота сгорания (температура) в окрестности стабилизатора связана с интенсивным переносом импульса в следе за плохообтекаемым телом и теплоотводом в стабилизатор. Во внешней области факела — области свежей смеси — распределение температуры практически линейное. По мере удаления от источника поджигания такой характер распределения температуры сохраняется. При этом при удалении от стабилизатора наблюдается значительное уменьшение градиента температуры и расширение области смешения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
