Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 24
Текст из файла (страница 24)
При разомкнутом режиме конфигурация фронта близ- 141 \ Ф Ы 63 а. О О О д Ф О й О О О О О 3 н О н х О О б о х В 3г О $ О О. О Ы 4 О й 1 Ю О. с О, О О. 142 ка к конфигурации фронта пламени в затопленном гомогенном факеле. Приведенные данные свидетельствуют о значительном ускорении газа в поле течения составного гомогенного факела. Из рис. 6-18 видно, что область значительного прироста скорости и (зона, ограниченная изотахами — )1) расположена внутри "о зоны, очерченной фронтом пламени, которой отвечает область максимальных градиентов температуры.
Наиболее полное представление о п1дродинампческой и тепловой структурах сообразного гомогенного факела дает рис. 6-20, на котором приведены подробные данные о распределении скорости и температуры в ряде поперечных сечений факела, расположенных на различном удалении от плоскости среза сопл. Данные об изменении расхода вдоль оси составного гомоген- 6' !х1 ного факела показывают, что зависимость — =~~ — ~ прп собо 4 мкиутом и разомкнутом режимах горения близка к линейной. Уменьшение плотности компоновки сопел приводит, как и в струях инертного газа, к повышению эжекционной способности факела вследствие роста суммарной поверхности границ зоны смешения. Данные о выгорании составного факела показывают, что пнте1ральное тепловыделеппе в факеле слабо зависит Г от отношения —.
Это обьясняется тем, что в гомогенном факеле 1Г интенсивность тепловыделения определяется скоростью турбулентного распространения пламени по свежей смеси, т. е. процессами, протекающими вблизи внутренней границы пограничного слоя, и практически не зависит от смешения продуктов сгорания с окружающим газом. 4-5. О РАСЧЕТЕ ГОМОГЕННОГО ФАКЕЛА Как показывают данные экспериментальных исследований„ гомогенный факел представляет собой типичное струйное течение, для расчета которого может быть п1ироко использован аппарат аэродинамической теории турбулентного факела.
В связи с последним уместно напомнить, что основополагающее в аэродинамической теории предположение о бесконечно большой скорости реакции не приводит при расчете турбулентного гомогенного факела к замкнутой системе уравнений. Действительно, при горении факела однородной смеси нельзя использовать обычное для диффузионного горения условие смешения потоков реагентов в стехиометрической пропорции, так как оно выполняется в данком случае тривиально во всех точках области, заполненной свежей смесью.
Поэтому при анализе аэродинамики гомогенного факела необходимо использовать некоторые дополнительные условия, устанавливающие связь 143 координат фронта пламени с заданными характеристиками. Рассмотрим один из возможных путей определения местоположения фронта пламени прц горении прямоструйного турбулентного газового факела. Допустим, что струя стехиометрпческой смеси вытекает в пространство, заполненное воздухом или инертным газом.
При наличии у устья горелки устойчивого источника поджигания а) да / Рис. 6-21. Схема факела однородной смеси: а— прямоструйный факел, б — обрантеинын факел П н  — крнтниеские Режимы пптуканнк и иеспламене. ннн в поле течения установится стационарный (в среднем) фронт пламени (рис. 6-2!). Полагая скорость реакции достаточно большой, рассмотрим характер изменения параметров прп отклонении фронта в ту илн иную сторону от среднего положения.
При отклонении фронта во внешнюю область (положение 2) в зоне горения будет присутствовать дополнительное (по сравнению со стехиометрическим) количество воздуха нли инертного газа, поступающее в результате смешения смеси с окружающим факел газом. Балластнрование зоны реакции избыточным окислителем (илп инертным газом) вызовет снижение температуры, расширение зоны горения и т, д. При больших отклонениях фронта падение температуры и соответственно скорости реак- 144 ции может оказаться столь значительным, что произойдет срыв горения — потухание.
При отклонении фронта во внутреннюю область факела (положение 3) будет увеличиваться количество вещества, подводи- мого к единице поверхности фронта пламени. Так как скорость реакции конечна, то при определенном отклонении часть свежей смеси не сможет прореагировать в зоне горения. В результате этого при больших отклонениях фронта будет набгнодаться снял<ение температуры и скорости реакции.
Таким образом, область стационарных положений фронта пламени ограничена предельными значеннямн обобщенной ко- ОРДИНатЬЗ ГРсь ПРИ КОТОРЫХ ПРОИСХОДИТ ПОтУХаПИЕ ВСЛЕДСТВИЕ ПЕ- реохлаждения зоны горения. Из всех возможных значений грй, только одному грф „отвечает максимальная температура горения и полнота сгорания.
Естественно предположить, что стационарному положению фронта пламени соответствует максимальная в данных условиях температура и, следовательно, максимальная скорость горения. Такое предположение позволяет замкнуть аэродинамический и тепловой расчет факела— определить профили всех характерных величин, а также найти местоположение фронта пламени и значения температуры горения для заданных условий истечения ~27).
Часть третья УПРАВЛЕНИЕ СТРУЯМИ И ФАКЕЛОМ Глава 7. Аэродинамика струй при наложении низкочастотных пульсаций 7ли ОБ АКТИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА 'СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ Заключи»тельная часть книги посвящена вопросу, весьма важному в прикладном и научном отношениях. Речь идет о характерных для современного этапа развития теории и нрактики сжкгания газа попытках направленного воздействия на структуру и свойства турбулентных струй н факела.
Попытки такого рода (в принципе, конечно, не новые) создают основу управления струями и факелом. В 7-й главе будут рассмотрены данные, относящиеся к одному из эффективных способов воздействия на распространение турбулентных струй — к наложению низкочастотных пульсаций; в ЗЛ) главе — данные о ярнменении этого же воздейстння для управления газовым факелом. В общем плане этой книга материал, изложенный в 7-й главе, является в известной мере вспомогательным.
Как и в других случаях, предварительное обсуждение «холодной» аэродинамики помогает глубже понять механизм воздействия на факел. Вместе с тем содержание этой главы имеет и некоторое самостоятельное значение для прикладной газодинамики в целом. 145 В 4 7-1 содержится краткое описание различных активных воздействий на струйные течения. Для иллюстрация приведены отдельные данные о влиянии таких воздействий на развитие турбулентных струй. Подробное описание механического турбулнзатора, предназначенного для генерирования низкочастотных колебании, наложение которых на течения в струях н факеле приводит к резкой интенсификации турбулентного обмена, дается в 4 7-2. Следующий й 7-3 посвящен одному из основных случаев — осесимметричной затопленной струе (прн одинаковых или различных значениях плотности газа в струе и окружающей среде), для которой сравниваются средние характеристики течения прп наложении низкочастотных колебаний и без нич.
Более детальный анализ влияния турбулнзатора на структуру струн содержится в 4 7-4, посвященном пульсационным характеристикам затопленноп осесим. метрнчной струн. Наконец, в 9 7-6 приведены подробные данные о воздей. ствин низкочастотных колебаний на распространение спутных струй. Материал, изложенный в 7-й главе, оснонан на результатах экспериментальных исследований, проведенных совместно с рядом сотрудников: Ю. И.
Михасенко (разработка турбулизатора и детальное изучение его влияния на затопленную струю [28]), И. А. Кельмансон (качественная структура течения при наложенных колебаниях), Э. П. Бурминским (спутные струи), Н. П. Мурах- вером (струи сжимаемого газа [58, 69)), а также В. И. Кукесом, А. И. Агулыковым и др.
Что касается данных о влинпии турбулизатора на развитие' газового факела прн горении неперемешаиных газов или однородной смеси, изложенных и гч. 8, то они основаны на экспериментах О А. Кузнецона [82[ н частично Н. П. Мурахвера и 3. Б. Сакипова. Попытки управления турб>лентными струями, т. е. оказания активного целенаправле>ного влияния на закономерности распространения их и такие интегральные свойства, как дальвобойность и угол разноса струи, эжекцнонная способяость, темп затухания и т. п., как уже отмечалось, отнюдь не новы.
В еще большен мере это относится к развитию газового факела. И действительно, давно известные инженерные средства — выбор формы и размеров горелок, установка разнообразных регистров, завихрнтелей, экранов, козырьков и других устройств предназначены по существу именно для управления факелом. Эти же приемы или близкие к ннм нспользу>ется для управления струями. Более тога, как показано в 4 4-1, зачастую вне зависимости ат желания конструктора важные для практики свойства струй (эжекцпонная способность, интенсивность псремсшнванпя и др.) определяются разнообразными не всегда учитываемылзи факторами. В числе пх, например, нарастание пограничного слоя на внутренней и внешней поверхностях сопла, условия смыкания потоков, начальньш («естественный») уровень турбулентности и др. Хотя все они и охватыаазотся в расчете условным коэффициентом турбулентной структуры, но, как правило, онп трудно контролируелзы и не всегда могут быть заданы заранее.
Наряду с этим, можно указать ряд прямых способов активного воздействия, направленных на придание струйным течениям определенных, заранее выбранных своиств. В больппшстве случаев речь идет об организованном влиянии не только на средние характеристики течения, но и на пульсационную структуру струи (а, следовательно, н на осредненное течение) с помощью специальных турбулизаторов.
По принципу действия их можно условно разделить на механические (турбулизируюшие сетки, специальные вставки н лонейкомбы, вибрирующие сопла, вращающиеся туроущыаторы [28, 60, 87, 99[), гидродинамические (струйные) турбулизаторы, акустические устроистпа (репродукторы, резонаторы [22, 46), электромагнитные устровства для воздействпч на течение проводнщей жидкости [100[). В зависнмостн от назначения различные турбулизаторы могут вызывать только повышение (нли только снижение) интенсивности турбулентных пульсаций плн жс оба эффекта. Это характерно, например, для акустического воздейсгвия, приаодягцего (до определенной частоты наложенных акустических колебаний) к турбулизации течения, а при превышении ее к лачннаризацин его.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
