Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

В — находящаяся внутри горловины, которую по существу можно считать началом газоходной системы.

В зоне А профиль тангенциальной составляющей скорости в об­ щем случае не подчиняется определенной закономерности, заметно изменяется по высоте камеры и характеризуется максимумом вблизи стенки горловины. В зоне Б распределение тангенциальной скорости по радиусу циклона имеет обычный вид: с уменьшением радиуса (от наружной стенки) наблюдается сначала возрастание величины Vf с

Рис. 64. Влияние площади входа на величину тангенциальной скорости при Іг/Яц = 0,71. а — в зоне Б; б — в горловине; в — в плоскости шли­ цы зоны А; г — ниже шлицы в зоне А.

последующим убыванием скорости до нуля после прохождения через экстремум (области квазипотенциального и квазитвердого вращения) (рис. 64). Для горловины характерно вращательное движение, близ­ кое к квазитвердому. Как видно из рисунка, в плоскостях кольцевого канала, пересекающих входные сопла и в плоскостях, располонсен-

Ѵѵ

ных ниже входных сопл, отношение ~г— принимает различные зна-

' вх

чения.

158

ных сопл профиль тангенциальной скорости близок к профилю ско­ рости в криволинейных каналах [45]. В плоскостях, пересекающих входные сопла, на профиль тангенциальной скорости значительное влияние оказывает поток, входящий в циклон. Вблизи стенки камеры тангенциальная скорость практически равна входной. С уменьшени-

Ѵ„

ем радиуса наблюдается спад соотношения — и затем возрастание

этой величины.

Для всей зоны А характерен максимум Ѵ? вблизи стенки горло­ вины, что соответствует области дополнительного опускного вихря.

станием максимума- •внутри горловины от 0,9 до 1,5, что объясня­

ется соответствующим возрастанием полной выходной скорости. Од­ нако общий уровень вращательных скоростей в циклоне снижается, что обусловлено увеличением доли кинетической энергии потока, за­ трачиваемой на преодоление сопротивления горловины меньшего диаметра.

Экспериментами, проведенными при варьировании основных гео­ метрических соотношений камеры, установлено, что оптимальными являются камеры, выполненные с большей площадью входа и длин­ ными горловинами [46]. Они сохраняют максимальное значение крутки потока в циклоне, оказывающей решающее влияние на сепарационный эффект.

Обобщение экспериментальных данных по тангенциальной ско­ рости с помощью зависимости

27)

1-И2

(3.47)

159

показало, что при значениях Лі = 1,4 для г|-<1,0 и п2 = 0,75 для г|>1,0

опытные данные согласуются с расчетом .(рис. 65). Увеличение разме­ ров входных сопл при неизменной скорости входа воздуха приводит

ствовать выгоранию топли­ ва и тепловой обработке частиц материала, так как последние, попав в указанную область, будут перемещаться в поперечном направлении, что обусловит увеличение времени их пребывания в камере.

Влияние длины горловины -f- сказывается лишь на распростра-

нении и формировании обратного4кольцевого тока. С изменением I

от 0 до 0,71 величина области обратного кольцевого тока непрерывно уменьшается вплоть до его вырождения (рис. 67). Это вызвано тем, что с удлинением горловины увеличивается протяженность канала, и обратный кольцевой ток не может преодолеть сопротивление двух опускных вихрей. При длинной горловине обратный кольцевой ток локализуется вблизи ее среза и почти не проникает в зону кольцевого канала. В некоторых работах [41, 47] оптимальным вариантом цик­ лонной камеры с верхним выводом газов считается именно камера с длинной горловиной. Тогда в кольцевом канале происходит упоря­ дочение потоков и зона обратных токов уменьшается до нуля, в ре-

160

зультате чего снижается расход энергии на дутье. Однако, совершен­ но игнорируется роль обратного тока, выполняющего функцию стаби­ лизатора воспламенения и горения топлива, что для энерготехнологи­ ческих циклонных камер является одним из определяющих фак­ торов.

Рис. 66. Влияние пережима на величину аксиальной скорости при Рпх/Рц = 0,024 и Іг/Нц —0,71. а — в зоне Б; б — в горловине; в — в зоне А.

Полное сопротивление циклонных камер с верхним выводом га­ зов описывается зависимостью

„Я ( Іг \0.75

А-Рст = 14,5 . (3.48)

Последняя охватывает широкий диапазон изменения конструктивных

видно из графика, хорошо согласуется с опытом (рис. 68). Необходи­ мо подчеркнуть, что гидравлическое сопротивление циклонных камер с верхним выводом газов существенно выше, чем обычных.

Для надлежащей тепловой обработки сырья в энерготехнологи­ ческой циклонной камере сжигание топлива должно протекать по возможности на более коротком участке, а циклон — обладать разви-

той поверхностью для повышения степени улавливания перерабаты­ ваемого в нем сырья.

В связи с этим была предложена серия циклонных камер с коль­ цевым стабилизирующим каналом [48—54]. Принципиальная схема одной из них представлена на рисунке 69. Преимущество таких камер Е том, что кольцевой канал с радиусом кривизны, близким к ширине канала, способствует рециркуляции газов к корню факела и стаби­ лизирует воспламенение топлива непосредственно у устья входных сопл. Кроме того, поперечная циркуляция потока, возникающая в таких каналах [55], обусловливает увеличение времени пребывания частиц в зоне высоких температур, ускоряя их термическую обра­ ботку.

В исследованиях, проведенных на модели (рис. 70) при неизмен­

ном пережиме циклона и длине горловины ~ =0,4; ~ =0,71; ши-

162

и 0,036; количество вводов воздуха и угол наклона нижнеи кромки канала а = 0 и 30°.

Опыты показали, что в нижней части камеры (сечения ѴП и VIII), а также в горловине характер распределения составляющих скорости и статического давления практически оста­ ется тем же, что и в обыч­ ной камере с верхним вы­ водом газов. В стабилизи­

выраженных перегибов, на­ блюдаемых для вращатель­ ной скорости в обычных циклонах, почти постоянен по ширине и высоте канала вдоль всех радиусов и мо­ жет быть описан уравнени­ ем

практически неизменным. При °х ■=0,036 эта закономерность сох-

* ВХ

личеыием площади входа воздуха.

Такой характер движения жидкости в кольцевом канале способ­ ствует повышению сепарационного эффекта и полностью подтверж­ дает перечисленные выше преимущества циклонной камеры со стабилизирующим кольцевым каналом по сравнению с обычной ка­ мерой и с верхним выводом газов.

163