Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 32
Текст из файла (страница 32)
прн которых поаьппение уровня турбулентности приводит (лаже при некотороч росте эф фективного значения константы скорости реакции) к срыву горение. Парилу с этим в широкой области изменения режимных параметров, отвеча!о!цих диффузионной области, пульсации способствуют повышению теплонапряженности факела и улучшению условий его стабилизации Отметим в связи с этвч, что на различных участках фронта пламени (в неавтомодельиой области течения) соотношения межлу скоростью подпола и потребления реагентов оказываются различными. Поэтому горение в факеле может протекать одновременно (на разных участках) в диффузионной и кинетической областях. Последняя, как правило, соответствует зове, расположенной вблизи устья течения Именно здесь и наблюдается срыв горения при наложении вынужденных пульсаций.
З-Х. ФАКЕП НЕПЕРЕМЕШАННЫХ ГАЗОВ На рис. 8-! приведены фотографии турбулентного диффузионного факела прн различных значениях числа Струхаля. Они показывают, в часы!ости, что наложение низкочастотных пульсаций сопровождается значительным со!!ращением факела.'" Рис 8-! '(урбулентный диффуззюнный факел при различных значениях числа Струхаз!я: а — 5Ь=О, б — БЬ=0,02, в — Яй=-0035, г — 58=0,05, д — БЬ== - 007, е — 5й==О 08, ж — хп=-О,!О * Увеличение уровня температурных пульсаций при наложении и!шко истотных колебаний под~верждае~ся данными ьоиизацпоиньж измерений '* При исследовании структуры днффузнониого и гомогенного факелов исгол!ловалнсь меха!шческие турбулизаторы, аналогнчп че по конструкции описи!юым в й 7-2, 7 заказ .'в ш!7 дб Так, например, при изменении Я)т от 0 до О,1 (рис, 8-2) 1ф уменьшается более чем в два раза.
При достаточно больших значениях Я1т заметно изменяется и структура зоны горения. В окрестности сопла, т. е. в области наиболее сильного влияния налагаемых пульсаций, происходит срыв горения. Зона срыва (несветящаяся область) отчетливо выражена при относительно низких значениях температуры, когда интенсификация смешения вызывает переход горения из диффузионной области в кинетическую, По мере увеличения 8Ь протяженность зоны срыва заметно возрастает. При достижении некоторого критического значения Ынр происзф срам и -~ ходит потухание факела. На рис. 8-2 для трех знаДб — чений начальной концентрарх ции топлива приведены дан- ные о зависимости длины к диффузионного факела от ЗЬ.
Они показывают, что дл повышение БЬ сопровождается монотонным уменьшепнем 1ф. Примечательно, что опытные точки, относяшнеся к различным значениям Рис, 8-2. Зависимость длины турбулент- начальной концентрации ного диффузионного факела от числа топлива (различным абсо- Струкали лютным величинам 1ф) т — с„=о,озз; г — си=о,оаз; з — си=о,ом грущщруьзтся вблизи ечн.
ной кривой =-~(БЬ). Это свидетельствует об опреде- ф ф !за=о ляюшей роли процесса смешения, интенсивность которого, как и в свободных струях, определяется значением числа 8)з и практически не зависит от концентрации топлива. Влияние низкочастотных пульсаций на распределение плотности потока импульса и температуры в диффузионном факеле иллюстрируется рис.
8-3, на котором для ряда значений начальной температуры и концентрации приведены зависимости риз=)з(х), ЛТ=)г(х). Как видно из графика, увеличение числа Струхаля сопровождается смеШением профилей рит н температуры к устью течения. При 8Ь)0,07 наблюдается исчезновение начального участка и примыкание зоны интенсивного падения риз и нарастания Т непосредственно к соплу. Рнс. 8-3. Изменение плотности потока импульса и температуры вдоль осн турбулентного диффузионного фаиела: а — сы=0,035, б — сы=0,065, в — сы=0,095 г-зь=о, г-за=о,ое, з — зь=о,озз; е — зь=о,оз. в — зь=о,сот, ' зь=одо 186 '), т-т, Ри, -~--т вп ов п,г -пв й п~2 т-тО тф- т, г,п п,в п,в -41 и) РЦ пт вв пв па о'и в и 1г пт во м го гг гп ага, ~вт Тр Те Рис.
8-4 Изменение температуры вдоль фронта пла. мени в турбулентном диффу- зионном факеле 1 — За=О, я — Зь=о,пав. а — зь=о.овз г Ю З а хна Рис. 8-5. Распределение температуры в турбулентном диффузионном факеле (см = =0,035, ос=60 см/с) 188 б,б г89 При отличных от приведенных на рис. 8-3, а значениях режимных параметров (рис. 8-3, б, в) распределение темпера- турц имеет иной, необычный для распределения температуры в прямоструйных газовых пламенах вид. При относительно низких значениях Т,о в окрестности сопла наблюдается некоторое уменьшевие температуры по сравнению с начальной, а затем увеличение ес до максимальной, отвечающей зоне горения.
Снижение температуры в начальном участке объясняется переохлаждением зоны горения в результате интенсивного турбулентного обмена и проникновения в ядро струи бб холодного газа из окрч- бб жающей среды. бб На рис. 8-4 показно изменение температуры вдоль фронта пламени (в пределах начального участка). Видно, что при удалении от источника зажигания (рециркуляционной зоны за стабилизатором) происходит вначале резкое умень- е — б шение температуры, а затем (при х/с(>1,5) несколько более медленный под ьем Та. Отмеченное явление — Рпс. 8-6.
Тепловылеленве в турбулент. наличие минимума Т» на аом лвффувнонпом факеле некотором удалении от соп- »-аь=о. г — зь=оозо, г-за=оооо ла — наблюдается и в пламенах с относительно низким, естественным уровнем пульсаций. И в этом случае минимуму То отвечает зона максимальных градиентов скорости — зона наиболее интенсивного смешения. Искусственная турбулизация способствует лишь дальнейшему усилению обмена и переходу горения из диффузионной области в кинетическую, На рнс. 8-5 приведены данные о )баспределении температуры в поперечных сечениях диффузионного факела с естественным и повышенным уровнями начальной турбулентности.
Здесь жс нанесены ливии фронта пламени, отвечающие двум значениям числа Струхаля: 5)з=О и 55=0,05. Из графика видно, что в обоих случаях характер распределения температуры в поле течения факела является идентичным. Наложение низкочастотных пульсаций приводит к более раннему вырождению характерного провала вблизи оси, расширению теплового пограничного слоя, сокращению факела и смещению зоны активного реагирования к устью течения. Так, например, при 55=-0,05 процесс горения практически полностью завершается на рас- стоянии 6 — 7 калибров, в то время как в факеле с естественным уровнем пульсапий протяженность области интенсивного тепловыделения составляет примерно !2 — !4 калибров. Об ин- риг цг б л/1! бум О 4 б 28 гб га ги лл Рис.
8-7. Изменение плотности потока импульса и температуры в турбулентном газовом факеле 1 — ЯЬ=О, 2 — ВЬ=0,103, 3 БЬ 0,217, 4 ЯЬ=0,320,  — ЗЬ=0,434 тенсификации горения свидетельствуют также данные об изменении тепловыделения по длине факела (рнс. 8-6) и зависимости максимальной температуры на оси от 6)2. Приведенные выше данные отвечают предельному случаю горения неперемешанных газов, при котором в топливе полно- 190 стью отсутствует окислитель. Известный интерес представляют данные о влиянии низкочастотных пульсаций на пламепа, образующиеся при горении богатых смесей. Некоторые данные о развитии таких пламен приведены на рис.
8-7. На графике показано изменение плотности потока импульса и температуры вдоль оси при различных значениях Ь(т. Видно, что низкокачественные пульсации оказывают такое же влияние иа пламеиа богатых смесей, как и на факел неперемешанных газов. В обоих случаях повышение уровня турбулентности ведет к более быстрому затуханию плотности потока импульса, резкому нарастанию температуры по оси, сокращению длины факела н увеличению его теплонапряженности. В-З.
ФАКЕЛ ОДНОРОДНОЙ СМЕСИ Рассмотрим теперь данные об аэродинамике турбулентного факела однородной смеси. Приведем в связи с этим результаты экспериментального исследования прямоструйного и обращенного факелов с наложенными низкочастотными пульсациями [30, 52]. Экспериментальная установка для нсследования структуры гомогенного факела представляла собой прямоточную горелку предварительного смешения, снабженную механическим турбулизатором. Однородная смесь истекала из профилированного сопла*, обеспечивавшего получение равномерного начального профиля скорости. Коэффициент избытка воздуха, скорость истечения смеси и число Струхаля изменялись в пределах: 0,66<а ='1,25; 5<ил<25 м/с; 0<%<0,27. Стабилизация прямоструйного факела осуществлялась кольцевым стабилизатором (толщиной 1,5 и диаметром 39,5 и 19,5 мм соответственно для сопел диаметром 40 и 20 мм), расположенным на расстоянии 1 мм от среза сопла.
Обращенный факел стабилизировался с помощью плохообтекаемого тела (диск диаметром 3 и толщиной 1 мм), установленного на осн потока в плоскости среза сопла. Измерения средних и пульсационных скоростей показали, что возмущения, вносимые стабилизатором, невелики и затухают на сравнительно малых (примерно один калибр) расстояниях. В опытах проводились визуальные и фотографические наблюдения факела при различных условиях истечения, а также подробные измерения профилей полного и статического давления и температуры в сечениях факела, расположенных на различном удалении от сопла. Измерения проводились с помощью кварцевых трубок Пито диаметром 0,5 мм, зондов статического давления диаметром 1,5 мм и платино-платиио- * В опытах испольаоиались сопла диаметром 20 и 40 мм с поджатием, равным 2,5 и 6,2 соответственно, 191 родиевых термопар с диаметром сная 0,2 мм.
Для определения профиля температуры в прямоструйном факеле использовались две термопары, расположенные соответственно во внутренней и внешней областях факела. Это предотвращало разогрев (от фронта пламени) тсрмопары, расположенной в области свежей смеси (401. Наряду с определением основных газодинамических характеристик течения было проведено качественное исследование структуры зоны сорення с помощью ионизационных зондов, вводимых н различные точки факела.
Кроме того, была проведена серия холодных продувок для подробного исследования )Чгс. 8 8. Првмоструйный (а) н обращенный (6) гомогенный факелы ирн различных числах Струхалв поля средних и пульсационных величин нри различных режимах истечения Эти измерения показали, что в начальном участкеструн влияние турбулизатора сводится в основном к повышению интенсивности турбулентности. При этом практически це нарушается однородность начального распределения скорости. На рнс. 8-8 приведена серия фотографии прямоструйного и обращенного факелов при различных значениях числа Струхаля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
