Диссертация (1143428), страница 29

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 29)

Шандорова [517, 518]x q01  y  D q02  D 2,55yq01 1  ctg ,Dq02 (3.3)где х, у – координаты точек; q01 = 0W20 / 2, q02 = сW2с / 2 – скоростные напоры соответственно в сносящем потоке и в начальном сечении струи.Опыты, по результатам которых получена формула (3.3), проводилисьавторами [517, 518] при равномерном поле скорости в сносящем потоке. Отношение скоростных напоров q02 / q01 изменялось в диапазоне от 2 до 22, угол – от 45 до 90. Результаты опытов со струей холодного воздуха, вытекающей под некоторым углом в поток горячего воздуха (1  Т01 / Т02  3), показали, что параметр q01 / q02 учитывает в изгибе струи не только соотношенияскоростей, но и соотношения температур в струе и в потоке, т.е. формула(3.3) применима и для неизотермических струй;по эмпирической формуле Г.Н.

Абрамовича [518]149y 7, 23a lnD2x  x x10      20  7 actg 2  D  D D10  (7a ) 0,5 ctg0,5,(3.4)где а = (W0 W2 0 ) / (C n  W2  )sin = 1 /(K0 ); K = (Cn  W2  )/(0 W0 W2 0 )sin2 ;Cn = 3; 0  0,45D. При  = /2 формула (3.4) упрощается:0,5yx x   6,19 a lg 1  0,1  1   1  20    .DD  D   (3.5)Дальнобойность (глубина проникновения струи в сносящий поток)представляя собой расстояние по нормали от плоскости устья сопла до плоскости, в которой ось струи совпадает с направлением сносящего потока, может быть определена по зависимостиWl KS 0DWп0  (273 /T 0 ) sin , п  (273 /Tп )(3.6)где KS = f(S/D), S/D – относительный шаг струи; KS = 0,0208(S/D) + 0,5417 для0  S/D  28; KS = 2,2 для S/D > 28.Осесимметричная в начальном сечении плоская струя с удалением отсопла приобретает “подковообразную” форму.

Деформация сечения струиобъясняется характером ее взаимодействия с потоком. Сразу же после выхода газов из сопла вследствие интенсивного перемешивания с газом сносящего потока образуется турбулентный слой смешения. Периферийные зоныструи, имеющие меньшую скорость, чем зоны ядра, сильнее отклоняютсясносящим потоком от первоначального направления и движутся по болееизогнутым траекториям, что приводит к образованию “подковы”. Под воздействием бокового внешнего потока поперечное сечение струи уже на небольшом расстоянии от сопла (l/D)  1,5 деформируется, приобретая “подковообразную” форму с отношением сторон /h = 1:5. Линейные размеры “подковы” (ширина h) увеличиваются приблизительно пропорционально расстоянию от сопла:h = 2,25D + 0,22х .(3.7)150По данным [518] осевая скорость струи в сносящем потоке затухает быстрее, чем скорость на оси обычной затопленной струи.

Причем с ростом отношения скорости сносящего потока и начальной среднерасходной скоростиструи интенсивность затухания осевой скорости растет. Для расчета затухания осевой скорости струи в сносящем потоке в [519] предложена следующаяэмпирическая зависимостьUm7,8,U0 10 1 1, 65D  U 0 / W (3.8)справедливая при выполнении условий10 1   6,15 ;D  U 0 / W Um1,W cos (3.9)где  – расстояние, отсчитываемое от среза сопла вдоль оси струи; D – диаметр сопла;  – угол между касательной к траектории струи и направлениемпотока.Для анализа процесса развития осесимметричной неизотермическойструи в сносящем потоке проведены расчеты ее характеристик по приведенным выше зависимостям (3.2)...(3.4), (3.6)...(3.8) с учетом условий (3.9).

В качестве исходных данных задавались: эквивалентный диаметр сопла D; коэффициент неравномерности а; скорость истечения струи из сопла W0, ее плотность W0 и температура Т0; скорость набегающего сносящего потока Wп, егоплотность п и температура Тп; угол атаки ; шаг между струями S. В сравнительном анализе рассматривались три варианта истечения струи, отличающиеся начальной скоростью на срезе сопла: W0 = 50, W01 = 75, W02 = 100 м/с.Температура струи принята Т0 = 580 С, скорость набегающего потока Wп = 10 м/с и Wп = 20 м/с, его температура  Тп = 1600 С. Плотности газовструи и потока при нормальных условиях задавались одинаковыми. Уголатаки в расчете составлял 90, коэффициент неравномерности  а = 0,07.На рисунке 3.3 приведены расчетные кривые траекторий струй, полученные по формулам Ю.В.

Иванова, Г.С. Шандорова, Г.Н. Абрамовича дляодинаковых начальных условий истечения. Наименьшую глубину проникно-151вения имеет струя, рассчитанная по формуле Г.Н. Абрамовича: на глубине 3,5 м направление движения потока газов в струе совпадает с направлениемдвижения сносящего потока. Наибольшую глубину проникновения имеетструя, рассчитанная по формуле Г.С.

Шандорова. Так, на расстоянии, равномглубине проникновения струи, рассчитанной по формуле Ю.В. Иванова, направление ее движения заметно не совпадает с направлением движения газовсносящего потока.Рисунок 3.3 – Сравнение траекторийи дальнобойности струй,рассчитанных по формулам (3.2)...(3.4)при W0 = 50 и Wп = 20 м/сРисунок 3.4 – Зависимость глубиныпроникновения струи от начальнойскорости на срезе соплаПри выборе формул для расчета траекторий движения струй необходимо учитывать ограничения к их применению. Наибольший диапазон применения имеет формула Ю.В. Иванова. Для формулы Г.Н. Абрамовича, приведенной в работе [518], диапазон применения не оговаривается.На рисунке 3.4 показаны траектории оси струи (линии максимальныхскоростей) и глубины проникновения струи, рассчитанные по формулеЮ.В. Иванова при различных начальных скоростях истечения.

С увеличением начальной скорости струи ее дальнобойность повышается (дальнобойность также повышается при уменьшении скорости сносящего потока). Про-152веденные расчеты показали, что увеличение температуры набегающего потока (или уменьшение его плотности) либо уменьшение начальной температуры струи (увеличение его плотности) при прочих равных условиях приводятк увеличению дальнобойности струй.На рисунке 3.5 показана зависимость длин струи от глубины проникновения. Длина струи, рассчитываемая какx ( x)   (1  y 2 )dx ,(3.10)0растет с увеличением глубины проникновения (начальной скорости).Рисунок 3.5 – Зависимость длины струи(по оси) от глубины проникновения приW0 = 50, 75, 100 м/с (Wп = 10 м/с)(зависимость 3.10)Рисунок 3.6 – Падение осевой скорости струив зависимости от глубины проникновенияпри разных начальных скоростей истечения(W0  50; 75; 100 м/с)На рисунке 3.6 показана зависимость падения осевой скорости струи какфункция глубины проникновения при разных начальных скоростях истечения.

При увеличении скорости истечения возрастает протяженность начального участка струи. Далее скорость по оси струи уменьшается и становитсяравной скорости сносящего потока.153Экспериментальными исследованиями [516...518] показано, что все вопросы аэродинамики струй, имеющих различную форму устья (круглую,квадратную, прямоугольную, треугольную, кольцевую, эллипсоидную и др.),сводятся к закономерностям развития эквивалентной по площади круглойструи диаметром Dэ = 4F/P, где F – площадь сопла, P – периметр сопла.Применительно к котлу ПК-24 ИТЭЦ-10 (рисунок 3.7) траектория осиописана согласно [222] уравнением для системы плоских струй в сносящемпотоке (для прямоугольных сопел с соотношением сторон Н/b0 > 30):  c (273 / Tc )Wc2   ax ay 1, 9 2 b0 0 (273 / T0 )W0   b0 2,5axctg ,b0(3.11)где а – коэффициент, характеризующий структуру струи, ее начальную турбулентность и неравномерность поля скоростей на выходе из сопла (при равномерном поле на выходе из сопла а = 0,10...0,12); 0 и с – соответственноплотности струи и сносящего потока; W0 и Wc – начальные скорости струи исносящего потока; b0 – ширина щели; х – расстояние по оси струи от срезасопла;  – угол атаки.

Уравнение (3.11) справедливо при 45    135 и при0,0025  cW2c / 0W20  0,08.Относительная дальнобойность системы плоских струй котла ПК-24оценивалась по формуле [222]Wal k2 0b0Wп 0 (273 /T 0 ),п (273 /Tп )(3.12)где k2 = 1,2 при  = 90, k2 = 1,1 при  = 60 и 120  рисунок 3.8.Толщина внешней (по отношению к набегающему потоку) части струи(1) по рекомендациям [518] определялась как множество точек, отстоящихот оси струи по нормали к ней на величину1 = 0,22l,(3.13)где l – длина дуги оси струи от среза сопла до заданной точки, а уравнениенормали к касательной к оси струи записано в видеYy = 1(Xx).f ( y )(3.14)15428.1526.1424.1322.1220.1118.116.0914.0812.0610.058.046.034.022.01002468Рисунок 3.7 – Расчетная траекторияи границы горелочной струи котлаПК-24 ст.

№ 9 в сносящем потокепри Т0 = 635 K; W0 = 15 м/с; b0 = 0,15;Тп = 1700 K; Wп = 1,12 м/сРисунок 3.8 – Зависимость коэффициентаk2 от величины угла атакиТолщина внутренней половины струи рассчитывается по формуле2  1W ( x) ,1 W0где W(x) – скорость на границе струи, определяемая по формуле(3.15)155W ( x)  Wп 2sinx,R( x)(3.16)x = l; R(x) – радиус кривизны оси струи, определяемый по зависимости(1  y 2 )3 2R.y (3.17)Для анализа развития горелочной струи в сносящем потоке проведена серия расчетов при различных температурах, плотностях и скоростяхистечения струи и сносящего потока. Вариантные расчеты показали, что сувеличением начальной скорости струи ее дальнобойность повышается(дальнобойность так же повышается при уменьшении скорости сносящегопотока); увеличение температуры набегающего потока (уменьшениеплотности) либо уменьшение начальной температуры струи (увеличениеплотности) при прочих равных условиях приводят к увеличению дальнобойности струй.При увеличении скорости истечения возрастает протяженность начального участка струи.

Характеристики

Список файлов диссертации