Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Экспериментальные данные о распределении продольной н поперечной компонент пульсационной скорости в коаксиальной струе с повышенным уровнем начальной турбулентности центрального потока (ЬЬ| = 0,063; В)ь = О) показывают, что наложение низкочастотных пульсаций приводит к заметному повышению уровня пульсаций в начальном участке и к смещению макснмума1 и", 1~ вл к срезу сопла. При этом максимальные значения компонент пульсационной скорости изменяются незначительно и сохраняются практически такими же, как в струях с естественной степенью начальной турбулентности. Увеличение скорости спутного потока (при т<1) приводит к смещению максимума кривых 1 и", 1~он вниз по течению и к некоторому уменьшению абсолютных значений ин и ( о'". При достаточно больших скоростях спутного потока наблюдается незначительное увеличение интенсивности турбулентности во всей области течения.
~вв Более полное представление о пульсационной структуре коаксиальной струи дают графики на рис. 7-21, на которых для одного из значений параметра т представлены результаты подробных измерений пульсационной скорости и напряжения турбулентного трения в поле течения струи.
Эти данные свидетельствуют о значительном влиянии низкочастотных пульсаций ие только на средние, но и на пульсационные величины. Степень влияния низкочастотных пульсаций существенно зависит от соотношения скоростей смешивающихся потоков, Она максимальна при малых значениях параметра т и минимальна при т>1, При относительно низкой скорости спутного потока (т=0,2) в начальном участке струи с повышенным уровнем начальной турбулентности резко возрастает интенсивность пульсаций и напряжение турбулентного трения. Это приводит к значительному расширению пограничного слоя и более быстрому затуханию средней скорости. На значительном удалении от среза сопла, т. е. в той области, где превалирующее значение имеет градиентный перенос, интенсивность пульсаций и напряжение трения в струях с повышенным уровнем турбулентности оказываются более низкими, чем в струях с естественным уровнем начальной турбулентности.
При увеличении скорости спутного потока влияние низкочастотных пульсаций заметно ослаоевает. В этом случае распределение 1~ ил и и'и' сохраняется практически неизменным при различных значениях чисел Струхаля. В заключение рассмотрим некоторые данные аэродинамики турбулентных струй, распространяющихся в неограниченном спутном однородном потоке ( — )) 1).
Исследование спутных л, струй проводилось на установке, представляющей собой аэродинамическую трубу диаметром 230 мм с открытой рабочей частью. По оси установки располагался механический турбулизатор с подводящим воздухопроводом диаметром 1!О мм и профилированным соплом с диаметром выходного отверстия 28 мм. Длина начального участка внешней струи, имитирующей безграничный поток, составляла около 1000 мм, Это позволяло проводить измерения на оси в пределах 30 — 40 калибров центральной струи. На рис. 7-22 для ряда значений параметров т и 81~ представлены данные об изменении скорости вдоль оси турбулент.
ной струи, распространяющейся в однородном спутном потоке. Из графиков видно, что в спутных струях интенсивность смешения существенно зависит от соотношения скоростей потоков и уровня начальной турбулентности. Повышение скорости спут- ного потока сопровождается вначале (т<1) уменьшением, а затем (т)1) ростом интенсивности затухания скорости и температуры вдоль оси.
Во всех случаях (0<т<1,2) при низкой 181 ма 1щч на '1л — у'10а или и 1Р 10 О5 о о ~О 1О б О 1О Ю 05 5 о 1О О5 Рис. 7-21, Распределение и,Уи'а в и'о' в коакснальной струе с повышен- ным уровнем начальной турбулентности степени начальной турбулентности скорость на оси является монотонной функцией продольной координаты х.
При больших значения числа ЯЬ и т наложение низкочастотных пульсаций приводит не только к заметной интенсификации процесса переноса (более быстрому затуханию скорости и температуры), но и к качественному изменению характера зависимости и (х). Как видно из графика, в атом случае наблюдается заметное падение скорости в начальном участке струи и последующее увеличение ее по мере удаления от среза сопла, 07 07 45 й5 х и„ 1,0 00 Рис. 7-22. Иэменение скорости вдоль оси спутной струи с повышенной интенсивностью начальной турбулентности 00 ' 0 4 0 12 15 л 183 Такой характер изменения и (х) связан, по-вндимому, с резким торможением пограничного слоя и отрывом его, сопровождающимся образованием тороидального вихря вблизи границы раздела смешивающихся потоков.
Распределение скорости и температуры в поперечных сечениях струи с повышенным уровнем турбулентности имеет такой же вид, как в струе с естественной интенсивностью турбулентности. Увеличение скорости спутного потока и начального уровня турбулентности приводит к существенной перестройке поля течения. Она сопровождается заметной деформацией профилей и н Т, изменением темпа затухания скорости и температуры вдоль осн, а также зжекционной способности струи. С увеличением параметра т от 0 до 1 количество эжектируемой жидкости уменьшается, а при лг)1 резко возрастает. Наложение низкочастотных пульсаций, как и в рассмотренных ранее случаях, приводит к интенсификации процесса смешения и к увеличению количества эжектируемой жидкости.
С ростом скорости спутного потока и уровня начальной турбулентности изменяются и эффективные границы струйного пограничного слоя. Примечательно, что при широкой вариации режимных параметров соотношение между характерными толшинами динамического и теплового пограничного слоя сохраняется практически постоянным и численно равным примерно 0,8. Это значит, что эффективное турбулентное число Прандтля для этих условий сохраняет значение, меньшее единицы.
Глава 8. Управление газовым факелом В-1. О ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ПУЛЬСАЦИЯ НА ГАЗОВЫЙ ФАКЕЛ В дополнение к результатам, изложенным в предыдущей главе, приведем подробные данные о воздействии низкочастотных пульсаций на аэродинамику турбулентного газового факела. Как и ранее, будем рассматривать две основные формы организации факельного горения — горение неперемешанньп газов и однородной смеси. Предварительна обсудим неиоторые общие заковомерности горения факела при повышенной интенсивности турбулентности. Ранее было показано, что наложение низкочастотных пульсаций сушестаенно повышает интенсивность турбулентного обмена в свободных струях.
Это приводит к значительному изменению локальных (скорость, температура, интенсивность пульсаций) и интегральных (дальнобойность, эжекциоиная способность и т. д.) характеристик течения. Исходя нз общности процесса турбулентного обмена в свободных струях и пламенах, можно ожидать, что низкочастотвые пульсации будут оказывать существенное влияние на аэродинамику турбулентного факела Поэтому., в принципе, представляется возможным направленное регулирование характеристик газового факела путем изменения уроння турбулентности потока.
Воздействие низкочастотных пульсаций не ограничивается, однзко, изменением только аэродинамики факела. Она сказывается также на тепловом режиме гореаия — температуре н полноте сгорания, устойчивости горения и т, д. В зависимости от условий протекания процесса — соотношения скоростя диффузии н реакции — повышение уровня пульсаций может приводить либо к интенсификации горения, либо к снижению температуры и полноты сгоранвя.
При напряженном высокотемпературном процессе (диффузионная область) наложение пульсаций интенсифицирует горение. Вследствие этого увеличение сй сопровождается сонрашением длины факела, ростам удельного тепловыделения и т. д. Такоп процесс продолжается до тех пор, пока скорость реакции превышает скорость диффузии. При значительном увеличении смешения скорость подзола реагентов к зоне горения может оказаться соизмеримой со скоростью реакции.
В этом случае дальнейшее повышение интенсивности смешения ведет к переходу горения из диффузионной области в кинетическую, к снижению температуры н полноты сгорания вплоть до срыва горения— адиабатного потухания. (Ы4 Низкочастотные пульсации не только изменяют характеристики переноса, но и оказывают определенное влияние на ивкрокиветнку реакций. Интенсивное перез!ею!!ванне исходных реагентов (илн свежей смеси) с продуктами сгорания сопровождается ростом температурных пульсаций *.
Увеличение интенсивности последних приводит, как было показано ранее, к увеличению эффективных значении константы скорости реакции по сравнению со значениями, о!.аечающими средней температуре. Этим, в частности, объясняетсн иаблюдаеиое в эксперименте увеличение скорости турбулентаого горения в факеле с наложенными пульсациями. Таким образом, низкочастотные пульсация оказывают двоякое влияние — усиливают турбулентный перенос и повышают скорость горения. различная зависимость этих процессон от интенсивности налагаемых пульсаций определяет возможность реализации режиьюв.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
