Файл: Найденов, Г. Ф. Газогорелочные устройства с регулируемыми характеристиками факела.pdf

радиуса тангенциальная составляющая скорости вначале рас­ тет до своего максимального значения, а затем уменьшается.

Радиальные скорости внутри цилиндрического канала значительно меньше тангенциальных и аксиальных и только вблизи выходного сечения приобретают заметную величину. Внутри цилиндрического канала, на достаточном удалении от входа и выхода, радиальная скорость возникает в резуль­ тате ответвления обратного тока к периферийному закручен­ ному потоку.

Величина средней радиальной скорости Wcrp (отнесенной к цилиндрической поверхности раздела прямого и обратного

где /ц — длина образующей цилиндрической поверхности раздела.

Так как в полости цилиндрического канала радиальная составляющая скорости закрученного потока значительно меньше тангенциальной и аксиальной составляющих, то при расчете горелок (за исключением плоскопламенных) радиальную составляющую скорости воздушного потока не учитывают. Принимается, что скорость закрученного потока состоит только из тангенциальной и аксиальной составля­ ющих.

Сопротивление устройства характеризуется коэффици­ ентом сопротивления, представляющим собой отношение разности полной энергии потока на входе и полной энергии на выходе к скоростному напору в характерном сечении тракта:

36

С ростом отношения WBX/W a (или WJWJ), т. е. с ростом закрученности потока, сопротивление будет увеличиваться. ' Таким образом, параметры факела, распределение ско­ ростей, гидравлическое сопротивление и другие характерис­ тики вихревых горелок существенно зависят от закручен­ ности воздушного потока.

Общей интегральной характеристикой закрученности по­ тока является отношение главного момента количества дви­ жения потока относительно оси канала к количеству движе­

Эта характеристика не привязана к конкретному закру­ чивающему устройству [4,15].

Критерии крутки, рекомендуемые в работах [69, 74, 76], принципиально не отличаются от выражения (15).

Исходя из определения интенсивности крутки

Р. Б. Ахмедов [2] получил, в частности, значение интенсив­ ности крутки для простого тангенциального подвода. Вос­ пользуемся выражением (16) для вывода выражения интен­ сивности крутки при комбинированном (тангенциальном и осевом) подводе воздуха. При комбинированном подводе часть общего расхода воздуха на горелку подается прямой незакрученной струей по оси цилиндрического канада.

Осевой расход Уос составляет долю общего расхода Кобщ. »т. е.

где б — коэффициент, определяющий долю общего расхода, направляемого по оси цилиндрического канала. Соответ­ ственно расход по тангенциальному патрубку

37

Момент количества движения на выходе из тангенциального патрубка относительно оси цилиндра

38

где п — интенсивность крутки для случая, когда весь воз­ дух подается по тангенциальному подводу;

Коэффициент р характеризует зависимость интенсивно­ сти крутки вихревой горелки от расхода по осевой трубе и отношения диаметра цилиндрического канала к диаметру осевого подвода. Из зависимостей, приведенных на рис. 9, видно, что увеличение доли расхода по осевой трубе сни­ жает интенсивность крутки.

Зависимости между расчетными значениями интенсивнос­ ти крутки, аэродинамическими характеристиками газовоз­ душного потока и теплообменными характеристиками фа­ кела являются исходными при подборе, проектировании и расчете газогорелочных устройств.

ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМБИНИРОВАННОГО ПОТОКА В КАНАЛЕ ГОРЕЛКИ

Закрученный поток воздуха в вихревых горелочных устройствах представляет собой сочетание поступательного и вращательного движений. Сложность такого движения яв­ ляется причиной того, что теоретические решения относятся к потокам с малой круткой и к сечениям потока, удаленным от устья закручивающего устройства. На практике в горел­ ках применяется более интенсивная закрутка воздуха, ко­ торая приводит к возникновению осевой зоны обратных токов, росту центробежных сил и изменению теоретиче­ ского профиля скоростей. Все это затрудняет применение

39

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