|
|
|
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 < 0,4 (S 0,2). Однако при более интенсивности закрутки распределение осевой скорости значительно отклоняется от равномерного; большая часть потока выходит из отверстия вблизи внешней кромки; в качестве примера на рис.1.2 приведены распределения осевой, окружной и радиальной скоростей в кольцевом выходном сечении генератора закрутки с тангенциальным и осевым подводом, полученные экспериментально при нескольких значениях параметра закрутки. Указанная теоретическая зависимость
Рис.1.1. Соотношение между параметрами S и G, характеризующими закрутку.
Рис. 1.2. Радиальные распределения осевой, окружной и радиальной скоростей на выходе из закручивающего устройства со смешанной тангенциально-осевой подачей, демонстрирующие влияние изменения степени закрутки :
а осевая скорость; б окружная скорость; в радиальная скорость.
S ~ G дает в этом случае заниженные значения S при заданных значениях G, так что фактически более реальным оказывается следующее соотношение между S и G:
(1.6),
также изображенное на рис. 1.1.
Течение может быть охарактеризовано также локальным параметром закрутки Sx, в котором используется толщина слоя смешения rb, а не радиус сопла d/2. Кроме того, закрутка потока может выражаться непосредственно через угол установки лопаток закручивающего аппарата и геометрические параметры сопла, через тягу и вращающий момент закручивающего устройства, через угол расширения струи вниз по потоку от сопла и через другие параметры. Целесообразно связать угол установки лопаток закручивающего аппарата с создаваемым им значением параметра закрутки. В этой связи для сравнения следует заметить, что угол установки лопаток (ц и параметр закрутки S связаны приближенным соотношением
(1.7),
где d и dh - соответственно диаметры сопла и втулки закручивающего аппарата. Это соотношение
1 2 3 4 ... последняя
|
|
|
|
 |
НА САЙТЕ: |
|
Рефераты на CD →