Содержание :
1. Характеристики закрученных потоков 3
2. Формирование закрученных течений 7
3. Топки, горелки и циклоны 11
4. Характерные особенности закрученных потоков 15
5. Изменение структуры потока с увеличением закрутки 18
6. Структура рециркуляционной зоны 20
7. Вихревые горелки, прецессирующее вихревое ядро
в потоке с горением 22
8. Горение в закрученном потоке 25
9. Пределы срыва и устойчивость пламени 28
10. Проектирование вихревых горелок 29
11. Список использованной литературы 31
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ
Сильное влияние закрутки на инертные и реагирующие течения хорошо известно и изучается на протяжении многих лет. Когда эффект закрутки оказывается полезным, конструктор старается создать закрутку, наиболее подходящую для решения его задач; если же подобные эффекты нежелательны, конструктор предпринимает усилия для регулирования или устранения закрутки. Закрученные течения имеют широкий диапазон приложений. В случае отсутствия химических реакций сюда относятся, например, течения в вихревых реакторах, циклонных сепараторах и трубах Ранка - Хилша, при срыве вихревой пелены с крыльев самолета, в водоворотах и торнадо, в устройствах для распыления аэрозолей в сельском хозяйстве, в теплообменниках, струйных насосах, а также теория бумеранга и полета пчелы. В течениях с горением широко используется сильное благоприятное влияние закрутки инжектируемых воздуха и горючего на улучшение стабилизации высокоинтенсивных процессов горения и при организации эффективного чистого сгорания во многих практических устройствах: в бензиновых и дизельных двигателях, в газовых турбинах, промышленных печах, бойлерах и других технических нагревательных аппаратах. В последнее время усилия исследователей были направлены на понимание и описание аэродинамики закрученных течений с процессами горения газообразных, жидких и твердых топлив. Экономичное конструирование и экологичность работы технических устройств с горением могут быть значительно улучшены дополнительными экспериментами и модельными исследованиями. При этом экспериментальная и теоретическая аэродинамика течений с горением используется вместе со сложными методами вычислительной гидродинамики. Развитие и совершенствование этих методов позволят значительно снизить затраты времени и средств на программы развития новых устройств.
Закрученные течения являются результатом сообщения потоку спирального движения с помощью закручивающих лопаток, при использовании генераторов закрутки с осевым и тангенциальным подводом или прямой закруткой путем тангенциальной подачи в камеру с формированием окружной компоненты скорости (называемой также тангенциальной или азимутальной компонентой скорости). Экспериментальные исследования показывают, что закрутка оказывает крупномасштабное влияние на поле течения: на расширение струи, процессы подмешивания и затухания скорости в струе (в случае инертных струй), на размеры, форму и устойчивость пламени и интенсивность горения (в случае реагирующих потоков). На все эти характеристики влияет интенсивность закрутки потока. Интенсивность закрутки обычно характеризуется параметром закрутки, представляющим собой безразмерное отношение осевой компоненты потока момента количества движения к произведению осевой компоненты потока количества движения и эквивалентного радиуса сопла, т. е.
(1.1),
где величина
(1.2)
является потоком момента количества движения в осевом направлении и учитывает вклад х - -компоненты турбулентного сдвигового напряжения; а величина
(1.3)
является потоком количества движения в осевом направлении и учитывает вклад турбулентного нормального напряжения и давления (осевая тяга), d/2радиус сопла, и, v, щ - компоненты скорости в направлении осей х, r, цилиндрической системы координат.
В свободной струе, распространяющейся в затопленном пространстве, величины Gх и G постоянны, т. е. являются инвариантами для данной струи.
Если использовать уравнение для количества движения в радиальном направлении и пренебречь слагаемыми , то вклад давления в Gx можно выразить через щ следующим образом:
(1.4).
Эту характеристику зачастую трудно измерить с хорошей точностью, поэтому используются альтернативные упрощенные варианты. Иногда величину S рассчитывают без учета турбулентных напряжений, иногда пренебрегают вкладом давления. В этих случаях величины G и Gх при смещении вниз по потоку не сохраняются.
Рассмотрим сначала случай, когда поток закручен как целое на выходе из сопла, т.е.
, .
Иными словами, профиль осевой скорости и считается равномерным, а скорость закрутки щ возрастает от 0 (при r=0) до щm0 (при r=d/2, т.е. на стенке сопла). Если вклад давления в Gх сводится к учету слагаемого щ2/2, а турбулентными напряжениями пренебрегают, то это дает
, ,
где Gх=щm0/um0 - отношение максимальных скоростей в выходном сечении сопла. Таким образом, параметр закрутки S может быть представлен в виде
(1.5),
где связь S и G проиллюстрирована на рис.1.1, где также приведены экспериментальные значения измеренных независимо величин S и G. Соотношение S G для вращения газа как целого правдоподобно описывает реальный случай истечения из генератора закрутки при G 0,6) имеются значительные осевые и радиальные градиенты давления, которые приводят к образованию ЦТВЗ, отсутствующей при меньших значениях параметра закрутки. Наличие этой зоны с интенсивной завихренностью способствует выполнению ряда требований, предъявляемых к камерам сгорания, а именно позволяет:
1. Уменьшить длину факела за счет повышения скорости эжекции воздуха из окружающей среды и увеличения интенсивности перемешивания вблизи среза сопла и границ рециркуляционной зоны.
2. Повысить устойчивость факела благодаря вовлечению горячих продуктов сгорания в рециркуляционную зону.
3. Увеличить время жизни оборудования и уменьшить потребность в его ремонте, поскольку стабилизация осуществляется аэродинамическими средствами, и потому воздействие пламени на твердые поверхности (воздействие, приводящее к перегреву и образованию нагара) минимально.
Кроме ЦТВЗ, появляющейся при значениях параметра закрутки, превышающих некоторую критическую величину, в канале с внезапным расширением может возникать угловая рециркуляционная зона. О существовании этой зоны и о ее влиянии на характеристики пламени хорошо известно специалистам по горению, которые стараются использовать рециркуляцию горячих
продуктов сгорания и плохообтекаемую форму зоны как средство повышения эффективности процесса горения. В сложных турбулентных реагирующих потоках взаимное влияние распыления топлива, закрутки, больших сдвиговых напряжений и рециркуляционных зон сильно осложняет исследование устойчивости пламени, его осредненных и пульсационных характеристик.
Как уже отмечалось, даже основные свойства течения количественно определены с недостаточной степенью точности; это относится, например, к угловой и приосевой рециркуляционным зонам, существование, форма и размер которых зависят в основном от следующих факторов:
1. Интенсивность закрутки; характеризуется параметром закрутки S или углом установки лопаток завихрителя ц.
2. Способ создания закрутки - с помощью лопаточного завихрителя или закручивающего устройства с тангенциальным подводом, а в зависимости от типа устройства реализуется вращение по закону свободного вихря, по закону вращения как целого или поток с равномерным распределением окружной скорости.
3. Наличие втулки (отношение d/dh).
4. Степень диффузорности камеры сгорания (отношение D/d).
5. Наличие на выходе вихревой горелки диффузорной надставки (из огнеупора) или камеры с внезапным расширением.
Форма надставки, угол наклона торцевой стенки камеры с внезапным расширением б.
6. Процесс горения.
7. Поджатие выходного сечения камеры сгорания.
8. Форма лопаток завихрителя - плоские или профилированные.
9. Форма лопаток завихрителя - радиальные или пространственные.
Рис. 4.1. Схема вихревой горелки с аксиально-тангенциальным подводом:
1 - трубка для впрыска топлива; 2 аксиальная подача воздуха; J тангенциальная подача воздуха; 4 направляющие устройства; 5 четыре прямоугольных отверстия размером 20 X 100 мм для тангенциальной подачи воздуха.
На практике наиболее распространены два типа топливосжигающих устройств, в которых используется закрутка:
Рис.4.2. Схема камеры сгорания циклонного типа с распределенной подачей топлива и воздуха (конструкция ЭНИН). Камера относится к типу IV.
1) вихревая горелка (рис.4.1), из которой поток истекает в атмосферу, в топку или замкнутую полость. Горение происходит главным образом за сечением выхода вне горелки. Набор таких горелок можно использовать для поддержания огня в топке или в замкнутом объеме.
2) камера сгорания циклонного типа, в которой подвод воздуха осуществляется тангенциально, а выхлоп производится через отверстие в центре торцевой поверхности (рис. 4.2). Горение происходит главным образом внутри циклона, а его стенки часто служат теплообменником.
При достаточно больших значениях числа Рейнольдса и большой величине параметра закрутки (Re > 1,8104 и S > 0,6) в обоих системах образуется ЦТВЗ и генерируется высокий уровень турбулентности. Циклоны обычно используются для сжигания плохо горящих материалов, таких, как бурый уголь, уголь с большой зольностью или органические отходы. Течения с сильной закруткой, приводящей к образованию рециркуляционных зон, можно создать различными способами:
тангенциальным подводом (закручивающее устройство с аксиально-тангенциальным подводом)
непосредственным вращением (вращающаяся труба);
спиральным закручивающим устройством;
эймёйденским закручивающим устройством с адаптивными блоками (более подробное описание дано ниже.
При создании лопаточных завихрителей в настоящее время используются профилированные пространственные лопатки, которые более эффективно закручивают поток. У таких лопаток передняя кромка располагается навстречу набегающему потоку, и потому отрывная зона минимальна, а в результате получается более равномерный поток на выходе. Важной характеристикой таких лопаток является угол установки задней кромки.
Помимо параметра закрутки поток, в котором наблюдается явление распада вихря, характеризуется также числом Рейнольдса, определяющимся параметрами на выходе из сопла и его диаметром:
где Ucp среднее значение осевой составляющей скорости,. vкинематическая вязкость, зависящая от температуры на выходе из сопла.
При наличии в закрученном потоке прецессирующего вихревого ядра (ПВЯ) необходимо, согласно учитывать еще несколько параметров:
- приведенный момент количества движения; поток момента количества движения;
- приведенная интенсивность пульсации давления.
5. Изменение структуры потока с увеличением закрутки
С точки зрения организации процесса горения одно из наиболее существенных и полезных явлений в закрученных струйных течениях это образование приосевой рециркуляционной зоны при сверхкритических значениях параметра закрутки. Путем осреднения по большому интервалу времени границу рециркуляционной зоны и зон обратных токов можно определить довольно точно. Мгновенное же положение границ и точек торможения претерпевает значительные колебания в пространстве, поскольку обычно в таких потоках уровень турбулентных сдвиговых напряжений и интенсивности турбулентности очень высок. Линии тока в кольцевой закрученной свободной струе, определенные по измеренным распределениям осредненной по времени скорости. Рециркуляционная зона играет важную роль в стабилизации пламени, поскольку обеспечивает рециркуляцию горячих продуктов сгорания и сокращает размер области, в которой скорость потока сравнивается со скоростью распространения фронта пламени. Существенно укорачиваются длина факела и расстояние от горелки, на котором происходит стабилизация пламени.
Конечно, воздействие закрутки на поток наряду с параметром S определяется еще целым рядом факторов, например:
а) геометрией сопла (при наличии центрального тела размер рециркуляционной зоны увеличивается, то же происходит при добавлении диффузорной надставки на выходе);
б) ее размерами когда истечение происходит в камеру (приосевая ре-диркуляционная зона в стесненном потоке больше, чем в свободной струе при одинаковых условиях истечения);
в) формой профиля скорости на выходе (рециркуляционная зона в потоке, созданном лопаточным завихрителем, длиннее по сравннению со случаем истечения из закручивающего устройства с аксиально-тангенциальным подводом).
Размер и форма рециркуляционной зоны и соответствующей области с повышенным уровнем турбулентности оказывают решающее влияние на устойчивость факела, интенсивность процесса горения и другие характеристики пламени.
Рис. 4.5. Распределение продольной составляющей скорости вдоль оси при различных значениях параметра закрутки
Рис. 4.6. Изменение максимальных значений параметров вдоль струи:
Изменение продольной составляющей 'скорости вдоль оси струи круглого сечения при различных значениях параметра закрутки показано на рис. 4.5 ; струя распространялась из закручивающего устройства с тангенциальным подводом. При малых интенсивностях закрутки (5 0,6 на оси появляется обратный поток. Специальный
эксперимент, в котором параметр закрутки по возможности непрерывно изменялся в диапазоне 0,3 ... 0,64, показал,. что изменение распределения происходит монотонно, без скачков, не было обнаружено существенной разницы и при повторении опыта с изменением 5 в том же диапазоне, но в обратной последовательности, В соответствии с ростом темпа расширения струи возрастает скорость эжекции, вследствии чего ускоряется вырождение неравномерности скорости и концентрации жидкости, истекающей из сопла. Это положение иллюстрируют экспериментальные данные, представленные на рис. 4.6, где для различных значений параметра закрутки приведены распределения вдоль струи максимальных значений продольной (рис. 4.6, а), окружной (рис. 4.6,6) и радиальной (рис. 4.6, в) скоростей. При высокой интенсивности закрутки, когда начинает образовываться рециркуляционная зона и появляются области малых или отрицательных значений продольной составляющей скорости, ее максимум смещен от оси струи. Отметим, что вниз по потоку максимальные значения продольной и радиальной составляющих скорости, а также минимальное значение давления изменяются обратно пропорционально' приведенному расстоянию от среза сопла в степенях один, два и четыре соответственно.
6. Структура рециркуляционной зоны
Рис. 4.7. Изолинии функции тока Штриховая линия соответствует нулевым значениям продольной скорости
Рис. 4.9а Изолинии приведенной кинетической энергии турбулентности. Штриховой линией обозначена граница зоны обратных токов.
Рис. 4.96. Изолинии безразмерной среднеквадратичной величины пульсации окружной скорости w' ) /uq.
В рециркуляционной зоне интенсивность турбулентности достигает очень высокого уровня. На границе обратного течения, где средняя скорость равна 0, величина локальной интенсивности турбулентности стремится к бесконечности. Измерения всех шести компонент тензора турбулентных напряжений показывают, что распределение кинетической энергии турбулентности сильно неоднородно, а напряжение и соответственно тензор коэффициентов турбулентной вязкости сильно неизотропны .На рис. 4.9а показано, что приведенная кинетическая энергия турбулентности достигает значения 300% за кромкой сопла и быстро затухает на расстоянии, равном одному диаметру. При отдельном рассмотрении пульсации продольной и окружной скоростей обнаруживается сильная анизотропия турбулентности. Максимум пульсации окружной скорости (рис.4.9б) наблюдается прямо под кромкой сопла при 2r/d=0,8, причем пульсации быстро затухают по направлению к оси симметрии. Интенсивность пульсации продольной скорости имеет два максимума, один сразу за кромкой при 2r/d=0,9 и другой внутри вихревой горелки вблизи оси симметрии. Высокие уровни турбулентности обусловлены трехмерным нестационарным возмущением закрученного течения так называемым прецессирующим вихревым ядром.
Распределения характеристик турбулентности в слабозакрученных струях (S <$ 0,6), аналогичные распределениям в струях с сильной закруткой, показанным на рис. 4.9, получены в работе. Там же определено сечение, расположенное на расстоянии примерно в 3 ... 4 диаметра от среза сопла, начиная с которого максимальные значения интенсивностей турбулентных пульсации в закрученной струе становятся меньше, чем в незакрученной. Более интенсивное расширение струи приводит и к более интенсивной диссипации.
Форма и размер рециркуляционной зоны и соответствующей области с повышенным уровнем турбулентности оказывают решающее влияние на устойчивость факела, интенсивность процесса горения и другие характеристики пламени. К настоящему времени получено достаточно много данных, позволяющих провести сопоставление характеристик различных закручивающих устройств и определить влияние на изотермический поток различных модификаций их геометрии, таких, как установка на выходе из закручивающего устройства конических диффузоров, трубок или форсунок для впрыска топлива, топочных камер. Наряду с картиной линий тока, представленной па рис. 4.7, на рис. 4.10 и 4.11а и 4.116 приведены три аналогичные картины. Можно видеть, что область рециркуляционного течения всегда существует вблизи выхода из сопла.
Закручивающие устройства с цилиндрической выходной частью: 1 кольцевой лопаточный завихритель, ф=45 [10]; 2-ф==60 ; 3-ф=70 ; 4-ф=75 ;
5 закручивающее устройство с аксиально-тангенциальным подводом ;
6 закручивающее устройство с тангенциальным подводом .
Закручивающие устройства с диффузором на выходе: 7 полуугол раскрытия диффузора .
Тип закручивающего устройства (за исключением лопаточного завихрителя без втулки) и наличие соосных трубок для подвода топлива или форсунок, по-видимому, не влияют на характер связи. Для устройств с цилиндрической выходной частью представленные данные можно описать зависимостью
S=0.508+5.66Mr-6.24Мr2+2.28Мr3
где Mr - поток массы газа, вовлеченного в рециркуляционное движение.
7. Вихревые горелки, прецессирующее вихревое ядро в потоке с горением
1. Факел типа апредварительно перемешанные топливо и воздух; 1,4 < а < 6,0.
Для этого случая характерен очень короткий факел с большой интенсивностью процесса горения, который реализуется и при тангенциальном подводе. Пламя генерирует сильный шум, течение нестационарное; как и в изотермическом потоке, образуется ПВЯ, которое порождает очень большие пульсации скорости и давления.
2. Факел типа б - подвод топлива у основания горелки; 0,8 < ее 0,5), ПВЯ не является определяющим элементом течения, и эффективный максимум турбулентных пульсации в некоторых горелках уменьшаетсяо и позволяет использовать методы, основанные на измерении пульсации давления . Спектральный анализ пульсации давления в вихревых горелках показывает, что осцилляции носят более случайный характер, чем в изотермическом потоке, а следовательно, при горении изменяется и природа процесса смешения. В изотермическом потоке доминируют пульсации скорости, имеющие довольно регулярный характера а при горении имеющие случайный, турбулентный характер только закруткой, но также и наличием диффузора с полууглом раскрытия 35. Действительно, если выходная часть имеет цилиндрическую форму, то при такой интенсивности закрутки распад вихря только начинается и рециркуляционная зон только зарождается. Результаты показывают, в частности, что в реагирующих потоках в рециркуляционных областях течение существенно неизотропно. При горении интеграл от пульсации скорости, взятый по всему полю течения, значительно больше, чем в изотермическом потоке, что в определенном смысле подтверждает гипотезу о генерации турбулентности при наличии пламени.
Как показывают эти исследования, характеристики потоков с горением и без горения значительно различаются, в особенности это касается распределения продольной скорости, формы. поперечного размера и протяженности зоны обратных токов. В отличие от результатов, полученных в работах, здесь при горении протяженность и поперечный размер зоны обратных токов значительно возрастали, зона обратных токов простиралась вниз по потоку по крайней мере на расстояние, равное двум диаметрам выходного сечения. Интенсивность пульсации продольной составляющей скорости везде, за исключением области вблизи выходного сечения горелки, при горении уменьшалась. Высокий уровень пульсации продольной скорости наблюдался вблизи границы рециркуляционной зоны. здесь же проявлялась существенная анизотропия пульсации. Вообще, существенная разница интенсивностей пульсации продольной и окружной скоростей в потоках с горением и без горения наблюдается в большей части поля течения.
Измерения показывают, что имеется сильная перемежаемость внутри и вокруг рециркуляционной зоны, что свидетельствует о ее нестационарном характере. Проведены также измерения в слое смешения стесненного турбулентного диффузионного факела. Распределения продольной и окружной осредненных по времени скоростей, среднеквадратичных значений пульсации скорости, распределение плотности вероятности показывают, что осредненные и нестационарные характеристики поля течения существенно изменяются при вариации давления на выходе из камеры сгорания и закрутки воздуха на входе. Эти изменения заметно влияют на выбросы загрязняющих веществ. Обнаружен существенный вклад крупномасштабных пульсации в суммарное среднеквадратичное значение турбулентных пульсации скорости. Влияние крупномасштабных пульсации приводит к отличию случайного процесса от гауссова и к существенной анизотропии турбулентности в большей части начального участка. Отмеченное обстоятельство показывает, что модели турбулентности, основанные на гипотезе о локальном равновесии, неадекватно описывают физические процессы в потоке с горением
В настоящее время для потоков с горением, особенно для стесненных потоков, имеется значительное количество данных о зависимости величины потока массы, вовлеченной в рецирку-ляционное движение, от параметра закрутки.Рассмотрим вначале свободные течения за вихревой горелкой. Сравнивая результаты, полученные в условиях с горением и без него, можно заметить, что горение приводит к значительному уменьшению величины потока массы, вовлеченной в рециркуляционное движение, особенно при соотношении расходов топлива и воздуха, близких к стехиометрическому, и при предварительном перемешивании компонент. Помимо этого рециркуляционная зона в потоке
с горением короче и шире, чем в холодном потоке. Начало распада вихря и зарождение рециркуляции происходят при
Сравнение границ зоны обратных токов при различных значениях параметра закрутки в потоке с горением предварительно перемешанных компонент приведено на рис. 4.4. При увеличении параметра закрутки от 0,7 до 1,25 увеличиваются как ширина, так и длина зоны. То же самое должно наблюдаться и в изотермическом потоке, т. е. с ростом параметра закрутки длина зоны обратных токов должна увеличиваться. Следует заметить, что за лопаточным завихрителем без втулки: зоны обратных токов длинные и узкие, и потому такие завихрители обычно не применяются. За кольцевым лопаточным завихрителем зона обратных токов при тех же параметрах закрутки значительно шире и короче. Для стабилизации пламени весьма желательно, чтобы зона обратных токов была короткой и компактной, поскольку в длинной зоне рециркуляция холодных продуктов сгорания приводит к уменьшению полноты сгорания и сужению пределов срыва пламени. На характеристики течения за вихревой горелкой, так же как на характеристики изотермического течения, влияет степень стеснения потока, причем определяющими здесь являются такие параметры, как отношение диаметра горелки к диаметру топки, коэффициент избытка воздуха и выходной диаметр топки. При достаточно высоких интенсивностях закрутки в потоке с горением, так же как и изотермическом потоке, образуется пристенная веерная струя, периферийная рециркуляционная зона исчезает и пламя прилипает к лицевой стенке камеры. Этот эффект должен иметь место при параметрах закрутки S > 1.5, в то время как при S=1.25 еще существует периферийная рециркуляционная зона.
В топках с вихревой горелкой можно сжигать газовые отходы обладающие очень низкой теплотой сгорания: для этого необходимо топку облицевать огнеупорным материалом и хорошо теплоизолировать.
9.ПРЕДЕЛЫ СРЫВА И УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАМЕНИ
В промышленных горелках, работающих на различных газообразных и жидких топливах, типичное значение параметра закрутки лежит в диапазоне 0.8Одно из основных преимуществ стабилизации пламени с помощью закрутки по сравнению с другими способами состоит в значительном расширении пределов срыва пламени. Роль закрутки факела с отношением воздух/топливо, близким к стехиометрическому, состоит в перемешивании топлива и воздуха. В факеле без закрутки характеристика срыва на богатом пределе вблизи значений эквивалентного отношения, , очень крутая. По этой причине незначительные изменения коэффициента избытка воздуха или состава топлива могут привести к срыву пламени. Закрутка приводит к смещению срыва на богатом пределе в область меньших коэффициентов избытка воздуха и обеспечивает нечувствительность к случайным флуктуациям состава топлива и коэффициента избытка воздуха.
Срывные характеристики зависят от вида горения. При горении предварительно перемешанных компонент пределы срыва сужаются. В длинной тонкой рециркуляционной зоне, образующейся за лопаточным завихрителем без втулки, в рециркуляционное движение вовлекаются холодные продукты сгорания, что значительно понижает отношение (объем воздуха/объем топлива) для срыва на бедном пределе даже при незначительных расходах топлива. Характеристики срыва на бедном пределе в потоке с завихрителем с углами установки лопаток 30 и 45 (S=0.39 и 0.72 соответственно) существенно лучше, чем в потоке за завихрителем с лопатками, расположенными под углом 60 (S=1.6), где образуется очень длинная тонкая рециркуляционная зона. Также обнаружено, что при формировании более короткой рециркуляционной зоны получается довольно неплохая характеристика срыва на бедном пределе с диапазоном изменения коэффициента избытка воздуха от 6 (при малых Re) до 2.5 (при больших Re). Существует связь между характеристикой срыва на бедном пределе, температурой на границе рециркуляционной зоны в области, примыкающей к завихрителю, и средним значением модуля скорости в выходном сечении завихрителя.
10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИХРЕВЫХ ГОРЕЛОК
Из изложенных выше материалов ясно, что пока невозможно сформулировать общие методы проектирования вихревых горелок различного назначения. Можно, однако, сформулировать следующие рекомендации в помощь проектировщикам:
1. Для создания потока с параметром закрутки S 0,8 рекомендуется использовать закручивающее устройство с тангенциальным подводом или завихритель с профилированными лопатками (изогнутыми для того, чтобы уменьшить потери на отрыв). В системе с аксиальным подводом желаемую степень закрутки можно получить, пропуская необходимое количество газа через лопаточный завихритель. Если же используется тангенциальный подвод, то для получения симметричного течения необходимо выпустить поток через ряд отверстий (по меньшей мере через четыре). В закручивающем устройстве с тангенциальным подводом диаметр горловины должен равняться половине внешнего диаметра, т.е. De/Do = 0,5, что позволяет свести к минимуму потери полного давления.
4. На горелку необходимо устанавливать диффузорную надставку из огнеупора, при этом следует руководствоваться правилом:
S > 0,5: полуугол раскрытия диффузора от 20 до 35;
S 4 (S 1). Таким образом, в указанных ситуациях предпочтительнее горелки с цилиндрической выгодной частью, за которыми образуются рециркуляционные зоны с интенсивным движением в них.
7. Горелки с тангенциальным подводом не годятся для сжигания предварительно перемешанных газообразного топлива и воздуха, поскольку в них пламя может легко распространяться вверх по потоку от мест подвода (исключения составляют газообразные топлива с низкой теплотой сгорания - менее 3 ... 4 МДж/м3). Предварительно перемешанные газообразное топливо и воздух можно сжигать в горелках с лопаточными завихрителями.
Влияние вида топлива (уголь, нефть, синтетическое топливо) на характеристики вихревой горелки опять-таки трудно параметризовать, но можно указать следующую основную закономерность: длина факела возрастает при последовательном переходе от газообразных топлив к легким жидким топливам (бензин), от них к тяжелым жидким топливам (мазут, некоторые синтетические топлива) и, наконец, к распыленному углю. Такая последовательность отражает уменьшение испаряемости топлива. При сжигании распыленного угля обычно необходимо использовать в качестве носителя около 20 % подаваемого воздуха. При сжигании мазута необходимо для стабилизации пламени добавлять к форсунке дисковый стабилизатор.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Парогенераторы промышленных предприятий.
Л. Н. Сидельковский, В. Н. Юренев.
2. Теория горения и топочные устройстваю
Д. М. Хазмалян, Я. А. Каган.
3. Закрученные потоки.
А. Гупта, Д. Лилли, Н. Сайред.