Вихревые горелкиМатериалы / Вихревые горелкиСтраница 11
Как показывают эти исследования, характеристики потоков с горением и без горения значительно различаются, в особенности это касается распределения продольной скорости, формы. поперечного размера и протяженности зоны обратных токов. В отличие от результатов, полученных в работах, здесь при горении протяженность и поперечный размер зоны обратных токов значительно возрастали, зона обратных токов простиралась вниз по потоку по крайней мере на расстояние, равное двум диаметрам выходного сечения. Интенсивность пульсации продольной составляющей скорости везде, за исключением области вблизи выходного сечения горелки, при горении уменьшалась. Высокий уровень пульсации продольной скорости наблюдался вблизи границы рециркуляционной зоны. здесь же проявлялась существенная анизотропия пульсации. Вообще, существенная разница интенсивностей пульсации продольной и окружной скоростей в потоках с горением и без горения наблюдается в большей части поля течения.
Измерения показывают, что имеется сильная перемежаемость внутри и вокруг рециркуляционной зоны, что свидетельствует о ее нестационарном характере. Проведены также измерения в слое смешения стесненного турбулентного диффузионного факела. Распределения продольной и окружной осредненных по времени скоростей, среднеквадратичных значений пульсации скорости, распределение плотности вероятности показывают, что осредненные и нестационарные характеристики поля течения существенно изменяются при вариации давления на выходе из камеры сгорания и закрутки воздуха на входе. Эти изменения заметно влияют на выбросы загрязняющих веществ. Обнаружен существенный вклад крупномасштабных пульсации в суммарное среднеквадратичное значение турбулентных пульсации скорости. Влияние крупномасштабных пульсации приводит к отличию случайного процесса от гауссова и к существенной анизотропии турбулентности в большей части начального участка. Отмеченное обстоятельство показывает, что модели турбулентности, основанные на гипотезе о локальном равновесии, неадекватно описывают физические процессы в потоке с горением
В настоящее время для потоков с горением, особенно для стесненных потоков, имеется значительное количество данных о зависимости величины потока массы, вовлеченной в рецирку-ляционное движение, от параметра закрутки.Рассмотрим вначале свободные течения за вихревой горелкой. Сравнивая результаты, полученные в условиях с горением и без него, можно заметить, что горение приводит к значительному уменьшению величины потока массы, вовлеченной в рециркуляционное движение, особенно при соотношении расходов топлива и воздуха, близких к стехиометрическому, и при предварительном перемешивании компонент. Помимо этого рециркуляционная зона в потоке с горением короче и шире, чем в холодном потоке. Начало распада вихря и зарождение рециркуляции происходят при
Сравнение границ зоны обратных токов при различных значениях параметра закрутки в потоке с горением предварительно перемешанных компонент приведено на рис. 4.4. При увеличении параметра закрутки от 0,7 до 1,25 увеличиваются как ширина, так и длина зоны. То же самое должно наблюдаться и в изотермическом потоке, т. е. с ростом параметра закрутки длина зоны обратных токов должна увеличиваться. Следует заметить, что за лопаточным завихрителем без втулки: зоны обратных токов длинные и узкие, и потому такие завихрители обычно не применяются. За кольцевым лопаточным завихрителем зона обратных токов при тех же параметрах закрутки значительно шире и короче. Для стабилизации пламени весьма желательно, чтобы зона обратных токов была короткой и компактной, поскольку в длинной зоне рециркуляция холодных продуктов сгорания приводит к уменьшению полноты сгорания и сужению пределов срыва пламени. На характеристики течения за вихревой горелкой, так же как на характеристики изотермического течения, влияет степень стеснения потока, причем определяющими здесь являются такие параметры, как отношение диаметра горелки к диаметру топки, коэффициент избытка воздуха и выходной диаметр топки. При достаточно высоких интенсивностях закрутки в потоке с горением, так же как и изотермическом потоке, образуется пристенная веерная струя, периферийная рециркуляционная зона исчезает и пламя прилипает к лицевой стенке камеры. Этот эффект должен иметь место при параметрах закрутки
S > 1.5, в то время как при S=1.25 еще существует периферийная рециркуляционная зона.
В топках с вихревой горелкой можно сжигать газовые отходы обладающие очень низкой теплотой сгорания: для этого необходимо топку облицевать огнеупорным материалом и хорошо теплоизолировать.
9.ПРЕДЕЛЫ СРЫВА И УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАМЕНИ
В промышленных горелках, работающих на различных газообразных и жидких топливах, типичное значение параметра закрутки лежит в диапазоне 0.8<S<1.5. Одна из причин ухудшения характеристик вихревых горелок при более высокой интенсивности закрутки состоит в том, что при больших S зона обратных токов оказывается длиннее, чем 3De, вследствие чего горение заканчивается на расстояниях, меньших длины зоны, часть холодных продукгов вовлекается в рециркуляционное движение и таким образом полнота сгорания уменьшается. Влияние перечисленных факторов можно ослабить используя аксиально-радиальную подачу топлива и диффузор на выходе, за счет чего удается получить высокую степень закрутки и соответствующее улучшение характеристик, например расширение пределов срыва пламени, увеличение интенсивности процессов горения.