книги из ГПНТБ / Найденов, Г. Ф. Газогорелочные устройства с регулируемыми характеристиками факела

теоретических решений для расчета горелочных устройств, делает необходимыми экспериментальные исследования.

Для правильной оценки условий образования газовоз­ душной смеси необходимо знать скоростные характеристики воздушного потока внутри цилиндрического канала горел­ ки, в плоскости ввода в поток газовых струй. Однако ис­ следованиям закрученного потока в цилиндрических ка­ налах вихревых горелок уделяется неоправданно мало вни­ мания.

Поскольку горение газовоздушной смеси в основном про­ исходит за устьем горелки, в топочном объеме, то данные о' структуре потока в цилиндрическом канале, полученные при изотермической продувке, могут быть распространены на реальные условия работы горелки [7].

Пропорциональное распределение топлива в объеме окис­ лителя является одной из задач, которые решаются при рас­ чете газовыдающего аппарата горелок. Для решения этой задачи необходимо знать распределение расхода дутьевого воздуха по сечению потока на участке развития газовых струй. В вихревых горелках расход дутьевого воздуха по сечению цилиндрического канала характеризуется распре­ делением положительных значений аксиальной составляю­ щей скорости закрученного потока.

Нужно знать также скорость сносящего потока, чтобы определить диаметры газовыпускных отверстий и давление в газовом коллекторе, которые бы обеспечивали определен­ ную дальнобойность газовых струй. В закрученном потоке сносящая скорость является его полной (действительной) скоростью.

Как известно, закрученный поток, выдаваемый устройст­ вом с определенными геометрическими соотношениями, ав­ томоделей по расходу [45]. Это позволяет эксперименталь­ ные зависимости представлять в безразмерных величинах.

Относительная величина полной скорости

--lv п

W n — f f np ,

40

относительная величина аксиальной составляющей скорости

Г= W.

U7"? ’

относительная величина скорости сносящего потока

Значение приведенной осевой скорости определяется из выражения

где — площадь поперечного сечения цилиндрического канала.

Поскольку по оси закрученного потока имеется зона об­ ратных токов [41 ], распределение скоростей изучалось в ра­ бочей зоне, по которой проходит практически весь дутьевой

воздух.

В случае подачи всего количества дутьевого воздуха толь­ ко по тангенциальному подводу (рис. 5, г) наблюдается зна­ чительная скоростная неравномерность в потоке по сечению цилиндрического канала, на участке развития газовых струй.

Распределение относительной полной скорости сносяще­ го потока и относительной аксиальной составляющей ско­ рости по радиусу цилиндрического канала при постоянной интенсивности крутки п = 1,8 и переменном расходе возду­ ха через горелку показано на рис. 10 и И.

Экспериментальные значения скоростей, представленные на графиках, являются средними арифметическими вели­ чинами, рассчитанными по результатам многократных из­ мерений полной скорости потока в сечении цилиндрического канала на окружности данного радиуса. Достаточно равномерное распределение скоростей по окружности канала позволяет рассматривать закрученный поток в ра­ бочей зоне как осесимметричный. На рисунках по оси

41

абсцисс отложено относительное расстояние от оси потока по

радиусу, выраженное в долях радиуса канала (г = r/R). Пунктиром показано качественное изменение величины скорости вблизи стенки канала, где достаточно точное

носительного радиуса полная скорость потока вначале воз­ растает, а затем уменьшается. Максимальное значение отно­ сительной величины полной скорости находится в области

относительного радиуса г = 0,6. Изменение величины сред­ ней расходной скорости оказывает незначительное влияние на распределение относительной скорости по сечению по­ тока. Так, при уменьшении расхода воздуха через горелку в

2,7 раза величина Wn возросла на периферии потока при­ близительно на 10%, что не на много превышает относитель­ ную погрешность измерения. Практически не изменяется распределение по радиусу и относительной аксиальной со­

42

ставляющей скорости. Это совпадает с выводом об автомо­ дельности закрученного.потока, сделанным на основании исследования циклонной камеры [45].

Изменение интенсивности крутки при помощи языкового шибера оказывает существенное влияние на распределение скорости сносящего потока в сечении цилиндрического кана­ ла (рис. 12). Рост интенсивности крутки сопровождается прижатием потока к стенке цилиндрического канала. При

этом W„ возрастает по всему сечению, а расположение мак­ симальных значений tt%MaKC смещается к периферии. По­ ложение максимума скорости сносящего потока с ростом ин­ тенсивности крутки от 1,8 до 4,3 перемещается по радиусу от г « 0,6 до г ж 0,8.

Изменение величины относительного радиуса, соответст­ вующей положению 1ГПмакс при изменении интенсивности крутки, удовлетворительно описывается эмпирическим вы­

_ Выражение (31) дает завышенное (на 10%) значение ^пмакс Для случая, когда поток в тангенциальном патрубке не поджат языковым шибером. Это может быть объяснено раз­ личными условиями истечения потока из тангенциального патрубка.

Поскольку выражения (30) и (31) получены на основании опытных данных, то они могут быть применимы только для вихревых горелок подобных конструкций и в интервале из­ менения интенсивности крутки от 1,8 до 4,3.

Положительное значение аксиальной составляющей ско­ рости закрученного потока (рис. 13) с увеличением интенсив­ ности крутки растет в пристеночной области и уменьшается

43

вблизи зоны обратных токов. Диаметр зоны обратных токов также зависит от закрученности потока. Чем сильнее закру­ чен поток, тем, при прочих равных условиях, диаметр зоны

обратных токов будет больше. Причем в случае простого тан­ генциального подвода изменение интенсивности крутки с помощью языкового шибера сильнее влияет на диаметр зо­ ны обратных токов, чем при изменении конструктивного размера а прямоугольного тангенциального патрубка

(рис. 4).

Как видно из Сопоставления величин полной скорости и аксиальной составляющей скорости закрученного потока в

цилиндрическом канале вихревой горелки, величина Wn в значительной мере определяется вращательной (тангенци­ альной составляющей) скоростью.

44

Распределение полной скорости сносящего потока по радиусу цилиндрического канала может быть описано при­

Встречный поток воздуха оказывает влияние на распределе­

ние Wn по сечению. Чем больше крутка и соответственно больше диаметр и интенсивность встречного потока, тем зна­ чительнее отличие опытных данных от расчетных. Вблизи стенки канала наблюдается превышение расчетных вели­ чин над действительной скоростью потока из-за торможения потока на поверхности стенки.

В табл. 2 и 3 приведены усредненные значения Wn

и Wa на различном расстоянии от оси цилиндрического кайала, полученные экспериментальным путем.

45

Увеличение диаметра осевой трубы до йтр = 0,5 со­ провождается некоторым смещением эпюры скоростей к пе­ риферии, которое ясно обозначается только при п = = 1,8, когда выходящий из тангенциального патрубка поток

Т а б л и ц а 2

Изменения относительной полной скорости потока по радиусу цилиндрического канала

поджимается поверхностью трубы. При большей интенсив­ ности крутки осевая труба не оказывает на поток столь силь­ ного влияния. К тому же осевая труба оканчивается до плос­ кости измерения, поэтому ее влияние на распределение усредненных по окружности значений скорости ослаблено.

Распределение Wn и Wa в сечении цилиндрического ка­ нала горелки при различном соотношении расходов по осе­ вой трубе показано на рис. 15 и 16. В первом случае диаметр осевой трубы равнялся 0,3D, во втором — 0.5D. Увеличение

46

расхода по осевой трубе и соответствующее уменьшение его по тангенциальному патрубку сопровождается ростом ско­ ростей в осевой области и снижением их значений на пери­ ферии цилиндрического канала. Изменение доли общего рас­

хода по осевой трубе с dTP = 0,3 от б = 0,1 до б = 0,35

приводит к снижению максимального значения полной скоро­

видно из сопоставления кривых (рис. 15 и 16), изменение диа­ метра осевой трубы с 0,3 на 0,5 не оказывает существенного

47

влияния на величину Wn закрученного потока на пери­ ферии цилиндрического канала.

Если принять в обоих случаях за расчетное значение осе­ вой приведенной скорости

и максимальные значения скорости закрученного потока, измеренные при изменении расхода по осевой трубе, отнести

к соответствующим величинам (W2cY, то значение будет при­ близительно одинаковым:

В табл. 4 приведены значения относительной полной ско­ рости. рассчитанные по экспериментальным данным и фор­ муле (34).

Таким образом, при подаче части воздуха по осевой трубе максимальная скорость закрученного сносящего потока на периферии цилиндрического канала в области развития га­ зовых струй изменяется так же, как при уменьшении рас­ хода на горелку в случае тангенциальной подачи всего ко­ личества дутьевого воздуха.

Поджатие потока в тангенциальном патрубке при помощи языкового шибера оказывает влияние на скорость закручен­

48

ного потока. Относительная полная скорость возрастает по всему сечению закрученного потока с ростом интенсивности крутки. На осевую струю поджатие потока в тангенциальном патрубке не оказывает влияния.

При уменьшении проходного сечения тангенциального патрубка на 33% Wn увеличивается примерно на 12%. Акси­

зан на рис. 17. По оси ординат отложена величина отношения расхода воздуха по элементарной концентрической площади ко всему расходу воздуха через горелку:

При п = 1,8 (тангенциальный поток не поджат языковым шибером) расход по кольцевому сечению шириной 0,Ш