5. Особенности аэродинамического расчета горелки

Аэродинамический расчет горелки сводится к расчету по всех сечений и длин элементов горелки, чтобы обеспечить те параметры ее работы, которые получены в результате теплового расчета.

Первой и основной задачей является определение давлении в головке горелки. При известном давлении в головке расчет диффузионной горелки сводится к подсчету гидравлических сопротивлений, расчет же атмосферных и беспламенных горелок - к расчету эжектора.

Давление в головке горелки определяется по формуле:

, [мм.вод.ст.]

где:h_г = Р_г - Р_т [мм.вод.ст] - превышение давления в головке (Р_г) над давлением в топке (Р_т).

W_om [м/сек] - скорость в выходных отверстиях головки, приведенная к нормальным условиям: W_гор [м/сек] - скорость в головке горелки;

γ [кг/нм³] — удельный вес газа, находящегося в головке горелки;

Т [°К] - температура газа в выходных отверстиях;

η₅ - к. п. д. отверстий, учитывающий потери в них при истечении.

У большинства конструкций диффузионных горелок скоростной напор в головке горелки не используется, а избыточное давление в головке преобразовывается в скорость газа при выходе из отверстий. В таком случае скоростным напором можно пренебречь. Разрежение в топке с диффузионными горелками можно также не учитывать.

Тогда это уравнение преобразуется, и избыточное давление в головке диффузионной горелки определится по формуле:

, [мм.вод.ст.]

где h_г [мм.вод.ст.] — избыточное давление в головке по отношению к атмосферному;

γ_газа [кг/нм³] - удельный вес сжигаемого газа.

Если газ проходит через отверстия, непосредственно просверленные в головке, представляющей собой трубу, тогда η₅ можно принимать равным 0,39. В том случае, когда газ выходит через цилиндрические каналы, высота которых не менее (2,0…3,0)d_от. тогда η₅=0,5.

Давление в головке атмосферной или беспламенной горелки непосредственно связано с расчетом эжектора. Учитывая это, давление в головке для атмосферных горелок и беспламенных горелок, засасывающих воздух из атмосферы, определится по формуле:

, [мм.вод.ст.]

где h_m [мм вод. ст.] — избыточное давление в топке на выходе из горелки. (Если в топке разрежение, тогда h_m имеет знак минус). В формуле принято, что W_гор =W₄ т. е. скорость на выходе из диффузора равна скорости в головке горелки, что обычно наблюдается.

В случае подпора в топке коэффициентом σ нужно задаваться так, чтобы h было больше h_m.

Учитывать разрежение в топке необходимо весьма осторожно, ибо, как это следует по формуле, оно сильно сказывается на давлении в головке, а следовательно, и на коэффициенте инжекции. Следует отметить, что здесь под разрежением в топке понимается разрежение у самой головки горелки.

Для горелок атмосферного типа можно принимать h_т = 0. У большинства горелок этого типа скоростной напор в головке не используется, т. е. σ = 0. Тогда формула примет вид, как и для диффузионных горелок, только вместо удельного веса газа нужно подставлять удельный вес смеси, который определяется по формуле:

[кг/нм³]

В том случае, когда в топке имеется подпор, тогда коэффициентом h_т следует задаваться так, чтобы h+h_газ было больше h_г.

Если между головкой горелки и эжектором есть какие-либо сопротивления, то давление, теряемое на них, нужно прибавить к давлению, рассчитанному ранее, или полученное давление ложится в основу расчета эжектора.

В случае, когда из теплового расчета горелки известны коэффициент первичного воздуха (а'_т) и тепловое напряжение отверстий Q/Σf_от тогда коэффициент инжекции (u) и скорость в выходных отверстиях определяются по формуле:

,

где V₀ - количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания газа.

Вывод

Приведены общие сведения о горелках атмосферного типа и особенности горения газа в таких горелках.

Рассмотрели методику расчета геометрических размеров газовых горелок (газового сопла, камеры смешения, конфузора, диффузора, огневых отверстий), определении количества огневых отверстий и схему их расположения.

Мы определили коэффициенты полезного действия топки, а так же ее габаритов.