Файл: Ахмедов, Р. Б. Газ в народном хозяйстве Узбекистана.pdf

поперечного сечения устья сопла одинакова, то длину ядра факела можно представить в виде

где

ш' — пульсационная составляющая скорости потока; В — численный множитель, зависящий от состава

топлива (5д;1,0).

Можно привести аналогичную характеристику

то есть скорость распространения пламени практически зависит лишь от среднеквадратичной пульсации скорости.

Если обратимся к формуле (16), то видим, что с уве­ личением интенсивности турбулентности длина ядра фа­

102

где

l0— эйлеров масштаб турбулентности; s — степень турбулентности;

ш1 — пульсационная составляющая скорости; С — постоянный коэффициент, учитывающий отли­

чие скорости горящего потока от средней ско­ рости потока холодной смеси.

Выражение (21) показывает, что с увеличением пульсационной скорости и масштаба турбулентности значе­ ние Ls возрастает.

Для характеристики толщины фронта пламени 8Т можно воспользоваться следующими соображениями.

Увеличение диаметра сопла приводит к повышению масштаба турбулентности, увеличение скорости истече­

и пульсационной скорости приводит к увеличению длины факела. Вместе с тем очевидно, что увеличение скорости распространения пламени будет способствовать умень­ шению толщины фронта горения. В соответствии с изло­ женным толщину фронта пламени можно охарактеризо­ вать соотношением

Формула (22) сугубо ориентировочна, но наглядно показывает от каких факторов зависит толщина фронта пламени.

Длина зоны догорания Lg зависит в основном от ки­ нетических характеристик сжигаемой смеси и скорости движения газов. Следовательно, для газовоздушной сме­ си определенного состава

Значение Lg обычно занимает незначительную часть общей длины факела. Поэтому главный резерв в сокра­ щении длины факела — в уменьшении величин LB и от.

На практике сокращение длины факела достигается следующими средствами:

а) увеличение периметра зажигания в зоне ядра фа­ кела путем создания не только периферийного, но и центрального очага зажигания (в следе за плохо обте­ каемым телом, в зоне отрицательных токов закрученного факела);

103

б) предварительным подогревом исходной газовоз­ душной смеси;

в) сжиганием заданного объема газовоздушной сме­ си с помощью не одной, а нескольких горелок меньшего диаметра;

г) установкой на пути газовоздушной смеси турбулизирующих устройств.

б) Длина факела при сжигании газа по диффузионному принципу

Представим себе простейшую горелку, состоящую из двух расположенных коаксиально труб, причем из цент­ рального канала поступает газ, а из периферийного кольцевого сечения •— воздух. Пусть при этом скорости истечения обоих потоков одинаковы. Тогда при доста­ точно низких скоростях течение потока будет ламинар­ ным и на границе газовой струи возникает взаимная диф­ фузия обоих компонентов.

Ясно, что по мере удаления от ядра факела коэффи­ циент избытка воздуха а постепенно возрастает. Если в ядре факела он равен нулю, то в периферийной части — бесконечности. Следовательно, должна существовать та­ кая промежуточная поверхность, где во всех точках уста­ новится стехиометрическое соотношение газа и воздуха. На такой поверхности, являющейся геометрическим ме­

В этом случае избыточное горючее будет диффундиро­ вать в периферийные слои факела, куда вместе с горю­ чим будет перемещаться и фронт горения. Предположим теперь, что фронт горения переместился в зону, где <*> 1. В этом случае избыточный воздух будет диффундировать внутрь факела, что приведет к смещению поверхности горения в зону уменьшения избытка воздуха.

Таким образом, существенно устойчивой поверхно­ стью для фронта горения является поверхность, на кото­ рой устанавливается стехиометрическое соотношение газа и воздуха.

104

Продукты горения в диффузионном факеле будут распространяться в обе стороны от фронта горения. При этом между ядром факела и фронтом горения будет на­ ходиться смесь чистого газа и продуктов его горения, а между фронтом горения и потоком чистого воздуха — смесь продуктов горения и воздуха.

Из анализа уравнения массообмена во фронте горе­

можно получить следующую зависимость для длины та­ кого факела:

сильным средством для сокращения длины ламинарногодиффузионного факела (при постоянном расходе газа) является замена одной горелки несколькими горелками; меньшего размера.

Если в горелке постепенно увеличивать скорость исте­ чения газа и воздуха, то в соответствии с формулой (22) длина факела будет пропорционально увеличиваться, но только до тех пор, пока не наступит турбулентный режим. С наступлением такого режима длина факела на выходе из газовыпускного отверстия сравнительно малого диа­

105

метра перестает столь явно зависеть от скорости истече­ ния. С увеличением скорости истечения резко интенсифи­

турбулентного факела с увеличением скорости истечения растет, но не столь быстро, как при ламинарном режиме.

Обобщение опытных данных, полученных при сжига­ нии генераторного газа, позволило получить следующую формулу для определения длины диффузионного турбу­

высококалорийных газов при различной степени их по­ догрева. Лля определения длины диффузионного факе­

газа 0,125 и для сжиженного (пропан-бутано- вого) газа —0,162.

Известны попытки создания аналитического метода расчета газового факела, развивающегося в воздушной среде. Расчет основан на использовании известных за­ кономерностей развития свободной турбулентной струи.

106

Вся длина факела условно делится на два участка. Пер­ вый участок разделен устьем горелки и сечением, в ко­ тором в струю газа подмешивается из окружающей сре­ ды количество воздуха, достаточное для образования стехиометрической смеси, то есть

где

Gu G2, GCM— секундный весовой расход соответственно

R конце этого участка через поперечное сечение струи проходит смесь газа и воздуха в стехиометрической про­ порции. Однако эта смесь еще весьма неоднородна. Ес­ ли в периферийных слоях такой смеси содержится избы­ ток воздуха, то в осевой зоне — избыток газа. Для завершения процесса перемешивания с созданием одно­ родной газовоздушной смеси необходим дополнительный путь Lnep.

Для определения пути перемешивания рекомендуется формула

107