1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Ббльшие расстояния соответствуют большей ширине щели. С уменьшением относительной ширины щели интенсивнее уменьшается скорость в струе и растет ширина струи. При распространении двух коаксиальных струй (центральной и кольцевой) образуются два циркуляционных вихря по обе стороны от центральной струи (рис. 2-13). Увеличение отношения скорости кольцевой струи к скорости центральной струи вызывает более быстрое падение аксиальной скорости на оси центральной струи. Такое же влияние оказывает отношение скоростей на распределение концентрации примесей в струе.
Как показали исследования, разрыв между струями способствует более быстрому перемешиваиию и падению скорости В 3'' Ф 3 б 7 В й 10 М 12 1х гьсан расстанное, см Рнс. к-13, Линии тока двойной концентрической струи 99ь — стссскгсхькма расход гссс 39 по оси струи. Оптимальное отношение /)с/в), для кольцевых прямоточных струй находится между 0,5 и 0,3. При малом отношении /)с//)в внутренняя рецнркуляция газов может оказаться недостаточной для стабилизации факела. Для расчета падения скорости вдоль оси осеснмметричной кольцевой струи и увеличения ее массы на участке со стабилизированным профилем (х/0в>5) могут быть применены те же формулы, что и для круглой струи с учетом смещения источника вдоль струи на расстояние х'=х+/в4>.
Коэффициент Ф зависит от отношения скорости в кольцевом канале ввв к скорости в центральном ввв. Диаметр эквивалентного сопла (4) рассчитываем, исходя из массы и количества движения в струях: 2 (Рврвввв + Рявваь) 2(Мв+ Мв) '~/(РвРР) + РЕвввввв) "Ро Изменение скорости на оси соосных струй может быть определено по экспериментальной формуле ввмвкс в(в Рв =6,3 —, ввв " Рс где .
Кв+Кв Мв+ Мв 2-$. ЗАКРУЧЕННЫЕ ТУРЕУЛЕНТНЫЕ СТРУИ Закрученные струйные течения широко применяются в различных технических устройствах. В топочной технике, где они получили особенно большое распространение, закрученные струн применяются для повышения устойчивости воспламенения и интенсификации горения. В отличие от прямоточных закрученные струи обладают большей интенсивностью смешения и соответственно большим углом раскрытия струи, меньшей дальнобойностью, повышенной эжектирующей способностью. Начальный участок закрученной струи значительно отличается от ранее исследованных турбулентных течений.
Закрученные струи, вытекающие из кольцевого или цилиндрического устъя, имеют в начальных сечениях очень сложный профиль, характеризующийся высокими градиентами скорости и давления. Поток на этом участке является трехмерным. Полный вектор в осесимметричной закрученной струе имеет в каждой точке 40 три составляющие: осевую !в„радиальную, направленную вдоль радиуса струи, и тангенциальную, направленную по касательной к поперечному сечению струи в данной точке (с центром на оси струи). С ростом степени закрутки растут тангенциальная и радиальная скорости. В центральной приосевой области закрученной струи из-за центробежного эффекта появляются зоны с разрежением или с меньшим статическим давлением.
Благодаря этому в приосевой области вблизи устья сопла возникают обратные токи рециркуляции, характерные для сильно закрученных струй, или (при малой крутке) образуются провалы в поперечном профиле осевых составляющих вектора скорости. На рис. 2-14 показаны поля осевых !в„!н>о (сплошные линии) и тангенциальных и!,/и!О (штриховые линии) составляющих относительной скорости, а также распределение давлений в поперечном сечении сильно закрученных струй.
Наиболее сложными являются поля осевых составляющих скорости. Кривые имеют характерную форму с двумя смещенными относительно центра пиками, соответствующими максимумам скоростей, со впадиной в центре, где скорость мала или отрицательна. По мере удаления от источника увеличивается ширина струи и зоны рециркуляции, растет радиус окружностей максимальных скоростей. Затем внутренняя зона с провалом скорости постепенно исчезает, профиль деформируется и на расстоянии (7 — 1О) Р, приобретает параболический характер с максимумом скорости на оси. Прямые линии на рис. 2-14 соединяют точки с осевой скоростью, равной и!х макс, '0,9!Их макс~ О,бн!х макс н 0,1!нх макс (в„„...— максимальная осевая скорость в данном сечении), В качестве базовой скорости для соосных струй следует выбирать среднюю по количеству движения в устье: и ~'., Р!!аЛ га ! Р!м!г! ! где р!, г'!, и!! — соответственно плотность, выходное сечение и скорость кольцевых соосных струй, составляющих сложную струю.
Картину сменяя в закрученных струях наиболее ясно описывают линии тока (т. е. линии постоянного массового расхода), показанные на рис. 2-15, Для осесимметричного течения функ- 1 ция тока определяется выражением ~у= 1 и!,г!(г, отношение 'о М!Ро показывает долю полного расхода газа через сопло. Для сильно закрученной струи кольцевой вихрь занимает значительную часть объема на начальном участке струи, примерно 4! Виусричныи диаддх 1тардииныи да х Рис.
2-14. Поля относительных осевых н таигеициальных скоростей и павле. ннй в поперечноы сечении сильно накрученных струй у — в /вн у — в lвь; яи -ааааа качаяькою участка (0,7 — 1) Р, и простирается на значительное расстояние, примерно (2,5 — 3) Р . Анализ экспериментальных полей скоростей в закрученных струях показывает, что радиальная составляющая скорости сопоставима с другими составляющими вблизи устья, но зна- 42 0 70 00 бд 40 00 00 70 Осебое расстояние, см Рнс. 2-15. Линии тока на начальном участка сильно закрученной струи чительно быстрее затухает по радиусу и вдоль струи. Поэтому в первом приближении при анализе полей скоростей можно рассматривать только осевую св„и тангенциальную св, составляющие вектора скорости.
Экспериментальные работы показали, что изменение обеих составляющих скорости (по радиусу и вдоль струи) подчиняется различным закономерностям. Существующие приближенные методы расчета профиля скоростей в турбулентных закрученных струях дают удовлетворительные решения для основного участка, но не позволяют описать возвратное течение в приосевой зоне начального участка.
Вместе с тем тепловой поток рециркулнрующих газов является основным источником теплоты, обеспечивающим воспламенение топлива при факельном сжигании. Закономерности развития закрученных струй могут быть установлены в настоящее время лишь на основе экспериментальных данных, полученных при тех или иных конкретных условиях. Наиболее значительные исследования закрученных струй, вытекающих из каналов горелочных устройств в покоящуюся среду, проведены в ЦКТИ имени И. И. Ползунова. Изучены поля скоростей и давлений в одиночных и многокомпонентных кольцевых соосных струях, закрученных различными завихрителями. В результате этих исследований установлено, что вдоль сильно закрученных струй сохраняются практически постоянными главный момент количества движения относительно оси струи а М = 2пр ~ а(,гв,гЧг (2-3) и проекция главного вектора количества движения на ось струи ФО К=2п~ (Р„+ ра) гйг; (2-4) 44 здесь Р„ — статическое давление в струе.
Анализ экспериментальных данных показал, что основные аэродинамические характеристики закрученных струй: профили скоростей, изменение максимальных скоростей вдоль струи, максимальная скорость обратного течения, длина зоны рециркуляции и количество рециркулируюших газов, угол раскрытия струи, распределение давлений в струе и другие характеристики — определяются в значительной степени безразмерным интегральным параметром крутки п=4М((КР), который также сохраняется постоянным вдоль струи и является ее основной интегральной характеристикой (Р— характерный размер, для сплошной струи равный диаметру цилиндрического канала за завихрителем).
При наличии коаксиальной вставки в формулу для параметра крутки следует подставлять диаметр круга, р * ~~ ну ~~ ',1Я вЂ” и называют эквивалентным диаметром. Величины М и К определяются в соответствии с формулами (2-3) и (2-4) по полям скоростей и давлений. С другой стороны, эти же величины и соответственно параметр крутки могут быть найдены по конструктивным размерам конкретного закручивателя. Для создания закрученных струй используются различные закручиватели, из которых наибольшее распространение получили улиточный аппарат и лопаточные завихрители: тангенцнальный и аксиальный.
В табл. 2-1 приводятся формулы для определения параметра крутки в одиночных кольцевых струях по конструктивным характеристикам завихрителей. Формулы эти дают удовлетворительное совпадение с интегральной круткой во всем диапазоне а от 0,5 до 5, представляющем практический интерес. З Ф Ф Р й Фь е а ° $ Ю 6~ 6Ц В~ Ю В Ф ЫМ йю по фФ В о ~ Ф х $Ф ~В о ~ $% р$% ~И 3 в.~ ! аз к $." Ц $ аф $! ~ юч ~о ы ы щ щ и о щ о о. 1 О х Р $3 В щ щ а ! а У В, ! а ! с«щ « 3 щ Оа 3 ы Ф ы ы щщ аы аа ос оп щ ы ю щщ щщ ыХ щ з о с о 5 о М сои ааы соя Я~о Б.. Д х" к аДМ щ щ ~Б$ ы а а «7ыщ а«х о.
щ ы а щ ао О Ю щ о й4 Б+ 'С~ щ Фх "ы~ Р о щ й с С~ щ 3 щ щ «В щ а а Х щ щ а щ х О О щ о щ щ х ы д $ Б к х о о щ о щ х ы щ щ щ а щ щ ~ а ° Ь З Й х Для многокомпонентиых соосных струй параметр крутки соответствует интегральному, если рассчитывать параметр крутки сложной струи по формуле л "РэФРЛ ! п= У л ~ Г,р, ',17, 1 ! где О,— эквивалентный диаметр сложной струи; Р; и 0м— площадь и эквивалентный диаметр 1-го канала; р~ и пч — плотность и скорость соосных струй; кч — параметр крутки составляющих кольцевых струй, определяемый по формулам табл. 2-1. При анализе экспериментальных данных о закрученных струях следует иметь в виду, что хотя параметром крутки и определяются основные аэродинамические характеристики струи, он все же не является универсальным критерием, так как на поведение струи существенное влияние оказывают граничные условия, и в частности оформление выходных сечений сопла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
