1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Изучалось горение подвешенных капель (размером 1 — 2 мм) и более мелких, падающих в печи капель (размеры порядка сотен микрометров). Определялось время сгорания, изменения размера капель в про- цессе горения (для подвешенных капель), влияние на горение температуры среды, содержания кислорода, характеристики срыва пламени с капель н т. п. При проведении опытов использовалнсь фотографирование, киносъемка. Большие исследования горения одиночных капель жидкого топлива выполнены в лаборатории теплофизики ЛПИ (И. И.
Палеев, М. А. Гуревич, Ф. А. Агафонова), а также в других организациях н за рубежом (Сполдинг, Гольдсмит, Пеннер и др.*). Японские исследователи Кумагаи и Изода проводили опыты с падающей печью. Когда ускорение падения печи было близко к ускорению свободного падения, подъемные силы уравновешивались н пламя вокруг капли получалось практически симметричным. Все проведенные исследования показали, что горение капель (даже мелких, диаметром 100 †2 мкм) удовлетворяет закону Срезневского. Опытные точки в координатах 6' и т обычно достаточно хорошо укладываются около прямой (рис.
11-3). Более того, в ряде случаев расчетные (по диффузионной теории) и опытные результаты оказываются близкими. На рис. 11-4 представлены опытные и расчетные значения константы К для капель этилового спирта в зависимости от концентрации кислорода в среде, Как видим, совпадение вполне удовлетворительно, хотя пламя у капли из-за подъемных сил несимметрично. При горении в воздухе н температурах 800 — 900 'С по опытным данным для бензина К=1,3 —:1,5 ммз/с, для керосина К= =1 —:1,3 мм'/с (при скоростях обтекания капель воздухом примерно 1 м/с). Приблизительно такие же значения К у солярового масла и мазута. Для подвешенных крупных капель бензина и керосина значения К выше (до 2 мм'/с), в основном иэ-за свободной конвекцни.
При всех условиях коэффициент горения К возрастает с повышением температуры среды и концентрации кислорода (растет температура в зоне горения Тг), а также с ростом скорости обтекания капли (с увеличением )ь)п). Однако увеличение К с ростом скорости происходит лишь до тех пор, пока не наступает срыв пламени. Скорости газового потока, приводящие к срыву, также зависят от ряда условий. Для мелких падающих капель диаметром 0,2 — 1 мм срывные скорости в атмосфере воздуха при температуре 870 'С составляют 4 — 9 м/с (по данным лаборатории теплофизики ЛПИ). При трактовке опытных результатов по горению капель жидкого топлива надо иметь в виду, что выполнение закона Срезневского и совпадение расчетов по диффузионной теории с опытами еще не является доказательством справедливости ь Горение жидкого топлива изучалось, в частности, на моделях капель больших размеров, выполненных в виде шаров нз пористого материала.
Жид. кое топливо продавливалось сквозь поры, избыток выдавленного топлива собирался в спецяальный сосуд. Разность массы поданного и собранного топлнва В этом случае определяет массу топлива, сгоревшего в паровой фазе. Я мм 02 дв ммус г,р а. ДОВ ДМ Дгзазх ййа О4З С Ргйо Дгуцв О,тут,р Рнс. 11-3. Выгоранне капель нзо- Рнс. 11-4.
Выгораннекаоктана в воздухе прн температуре пель зтнлового спирта 860 'С Кривая — расчет по диффузионной теории; точки — опытные данные Гольдсмита (неподвиягная среда с температурой 20 'С); Ео, — относительная массовая концентрация кислорода диффузионной теории, Как показали теоретические расчеты, проведенные Ф. А. Агафоновой, М. А. Гуревичем и И, И. Палеевым, даже и при конечной скорости реакции горения паров в приведенной пленке градиент температур у поверхности жидкости практически равен градиенту температур при диффузионном горении.
В обоих случаях к поверхности жидкости подводится приблизительно одинаковое количество теплоты и скорость испарения примерно одинакова. Поэтому закон Срезневского выполняется и тогда, когда горение паров недиффузионное. При этом скорость исчезновения жидкой фазы приблизительно соответствует расчетам по диффузионной теории. К аналогичным выводам пришли Сполдинг, Гольдсмит и Пеннер. При конечной скорости горения паров топлива в приведенной пленке часть паров не сгорает в ней полностью, а температура в зоне горения ниже теоретической температуры. Сама зона горения имеет в этом случае конечную толщину.
Оптические измерения температуры пламени над каплей (М. А. Гуревич, В. Б. Штейнберг) показали, что температура значительно ниже теоретической температуры горения (на 500 К и больше). В опытах была также обнаружена неполнота сгорания паров в пламени над каплей. До 30 — 40 о1о паров выносится из пламени в окружающую среду. Температура в зоне горения, как иа то обратили внимание Л. С. Клячко и другие исследователи, не может быть особенно высокой (например, равной теоретической температуре горения) еще и вследствие диссоциации продуктов сгорания. Соответствующие оценочные расчеты приводятся в задачнике авторов данной книги.
Итак, в действительности горение капель большей частью недиффузионное, критерий Семенова имеет конечное значение. Чем меньше критерий Семенова, тем меньше паров сгорает в пределах приведенной пленки. Очень мелкие капли (малые значения критерия Семенова) только испаряются и могут испа- Убллпбз Рнс. 1г-о. Схемы регистровой камеры сгорания н регистра У вЂ” паружяыа кожух: 1 — регкстр; 1 — жаровая трУба; К вЂ” топлвааав форсупка; б— лопатва регвсгра; б-раееертяа режеткв регвстре;  — угол уставоакв лопаток риться полностью до воспламенения факела. Однако и в этом случае изменение диаметра капли во времени, как и вообще при испарении, отвечает закону Срезневского (со своим значением К). Приведенные данные позволяют понять физические особенности горения жидкого топлива и проводить расчеты горения и испарения капель жидкого топлива. Все это необходимо для рационального проектирования топочных устройств, для их наладки и выбора оптимальных режимов работы.
Полные расчеты выгорания факела капель жидкого топлива в камерах сгорания и топках, аналогичные расчету пылеугольного факела, провести достаточно трудно из-за сложной неодномерной аэродинамики процесса. Большей частью сжигание распыленного жидкого топлива проводится в закрученном потоке воздуха. Примером может служить регистровая камера сгорания, схематически представленная на рис. 11-5. Форсунка помещается в голове конусной части жаровой трубы в центре закручивающего воздух лопаточного регистра '. Закрученный в регистре первичный воздух (составляющий до 30 — 40 гуе количества воздуха, необходимого для сгорания топлива) способствует разбросу капель по периферии н, главное, создает обратный ток горячих газов из пламени к форсунке.
После первоначального воспламенения (искрой, дежурным факелом и т. п.) оно поддерживается в дальнейшем за счет горячего обратного тока. Необходимый для горения воздух поступает как через регистр, так и через отверстия на конусной и цилиндрической частях жаровой трубы. Дополнительные отверстия малого диаметра (или щели между обечайками жаровой трубы) служат для охлаждения стенок. Струи, проникающие через отверстия, стелются по ' Регистровые камеры используются и для сжигания газообразного топ. лифа стенкам, понижая их температуру. Стенки охлаждаются также потоком воздуха в зазоре между жаровой трубой и наружным кожухом; температура стенок обычно пе превышает 600— 800 'С.
Воздух обычно поступает в кожух под некоторым давлением н распределяется между регистром и отверстиями в зависимости от аэродинамического сопротивления (давление воздуха зависит от задаваемого давления в камере сгорания нли за ней), После сжигания топлива газы в камере могут в значительной мере разбавляться воздухом для понижения их температуры (еслн, например, газы идут на лопатки турбины). Опыт сжигания жидкого топлива в камерах сгорания показывает, что в ннх удается обеспечить надежное воспламенение н высокую полноту сгорания, приближающуюся к 100%.
Прн этом допустимы очень высокие форсировкн — до (6 — 15) ° 10' кВт/м' по объемуе н до (3,5 — 8) ° 10' кВт/м' по площади поперечного сечения. По этим же принципам сжигается распыленное жидкое топливо и в топках паровых котлов (в горелках для воспламенения используется обратный ток газов). Жидкое топливо в основном выгорает в зоне воспламенения и обратного тока (прн высоких тепловых напряжениях); например, прн сжигании мазута в топках паровых котлов тепловое напряжение доходит до (8 — 20) ° 10' кВт/м'. Вследствие этого достаточно трудно построить схему расчета выгорання жидкого топлива в факеле.
Имеются, правда, топочные устройства н с более простой прямоточной аэродинамикой (напрнмер, камеры сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей). Однако и для этих случаев расчет сгорания сложен, так как топливо быстро сгорает за стабилизатором горения. 11-4, ПРИМЕРЫ Пример 11-1. Рассчнтать время прогрева холодных капель жндкого топлива до достижения на нх поверхяостн температуры кипенна. Капли впрыс. кнваются в поток горячих газов с температурой 1470 К, давление атмосферное. Решение.
Из-за сильной зависимости давления насыщенных паров от температуры можно практнческн пренебречь яспареняем пря температурах, меньших температуры кнпеяня (давленне паров будет низка по сравнению с давленнем прн температуре кипения). В таком случае для расчета прогрева можно попользовать нзвестные решении нлн графнкн (напрнмер, графнкн Гребера) для прогрева твердых шаров. Прнмем, что температура кнпенвя жндкого топлива прн атмосферном давлення составляет 470 К (соляровое масло), а плотность жндкостн рм 900 кг/мз. Для теплопроводностн жндкостн Х~, ее удельной теплоемкостн см н теплопроводностн газов ь» можно принять следующне орнентнровочные значения; Хе=0,12 Вт/(м.К); с 2,1 кДж/(кг К); Х,-007 Вт(м К).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
