Xreferat.com » Рефераты по теплотехнике » Вихревые горелки

А сколько
стоит написать твою работу?

цену

Вместе с оценкой стоимости вы получите бесплатно
БОНУС: спец доступ к платной базе работ!

и получить бонус

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту.

Если в течение 5 минут не придет письмо, возможно, допущена ошибка в адресе.

В таком случае, пожалуйста, повторите заявку.

Вихревые горелки

Содержание :

  1. Характеристики закрученных потоков 3

  2. Формирование закрученных течений 7

  3. Топки, горелки и циклоны 11

  4. Характерные особенности закрученных потоков 15

  5. Изменение структуры потока с увеличением закрутки 18

  6. Структура рециркуляционной зоны 20

  7. Вихревые горелки, прецессирующее вихревое ядро

в потоке с горением 22

  1. Горение в закрученном потоке 25

  2. Пределы срыва и устойчивость пламени 28

  3. Проектирование вихревых горелок 29

  4. Список использованной литературы 31


1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ


Сильное влияние закрутки на инертные и реагирующие течения хорошо известно и изучается на протяжении многих лет. Когда эффект закрутки оказывается полезным, конструктор старается создать закрутку, наиболее подходящую для решения его задач; если же подобные эффекты нежелательны, конструктор предпринимает усилия для регулирования или устранения закрутки. Закрученные течения имеют широкий диапазон приложений. В случае отсутствия химических реакций сюда относятся, например, течения в вихревых реакторах, циклонных сепараторах и трубах Ранка - Хилша, при срыве вихревой пелены с крыльев самолета, в водоворотах и торнадо, в устройствах для распыления аэрозолей в сельском хозяйстве, в теплообменниках, струйных насосах, а также теория бумеранга и полета пчелы. В течениях с горением широко используется сильное благоприятное влияние закрутки инжектируемых воздуха и горючего на улучшение стабилизации высокоинтенсивных процессов горения и при организации эффективного чистого сгорания во многих практических устройствах: в бензиновых и дизельных двигателях, в газовых турбинах, промышленных печах, бойлерах и других технических нагревательных аппаратах. В последнее время усилия исследователей были направлены на понимание и описание аэродинамики закрученных течений с процессами горения газообразных, жидких и твердых топлив. Экономичное конструирование и экологичность работы технических устройств с горением могут быть значительно улучшены дополнительными экспериментами и модельными исследованиями. При этом экспериментальная и теоретическая аэродинамика течений с горением используется вместе со сложными методами вычислительной гидродинамики. Развитие и совершенствование этих методов позволят значительно снизить затраты времени и средств на программы развития новых устройств.

Закрученные течения являются результатом сообщения потоку спирального движения с помощью закручивающих лопаток, при использовании генераторов закрутки с осевым и тангенциальным подводом или прямой закруткой путем тангенциальной подачи в камеру с формированием окружной компоненты скорости (называемой также тангенциальной или азимутальной компонентой скорости). Экспериментальные исследования показывают, что закрутка оказывает крупномасштабное влияние на поле течения: на расширение струи, процессы подмешивания и затухания скорости в струе (в случае инертных струй), на размеры, форму и устойчивость пламени и интенсивность горения (в случае реагирующих потоков). На все эти характеристики влияет интенсивность закрутки потока. Интенсивность закрутки обычно характеризуется параметром закрутки, представляющим собой безразмерное отношение осевой компоненты потока момента количества движения к произведению осевой компоненты потока количества движения и эквивалентного радиуса сопла, т. е.

(1.1),

где величина

(1.2)

является потоком момента количества движения в осевом направлении и учитывает вклад х - -компоненты турбулентного сдвигового напряжения; а величина

(1.3)

является потоком количества движения в осевом направлении и учитывает вклад турбулентного нормального напряжения и давления (осевая тяга), d/2—радиус сопла, и, v, ω - компоненты скорости в направлении осей х, r, цилиндрической системы координат.

В свободной струе, распространяющейся в затопленном пространстве, величины Gх и G постоянны, т. е. являются инвариантами для данной струи.

Если использовать уравнение для количества движения в радиальном направлении и пренебречь слагаемыми , то вклад давления в Gx можно выразить через ω следующим образом:

(1.4).

Эту характеристику зачастую трудно измерить с хорошей точностью, поэтому используются альтернативные упрощенные ва­рианты. Иногда величину S рассчитывают без учета турбулент­ных напряжений, иногда пренебрегают вкладом давления. В этих случаях величины G и Gх при смещении вниз по по­току не сохраняются.

Рассмотрим сначала случай, когда поток закручен как це­лое на выходе из сопла, т.е.

, .

Иными словами, профиль осевой скорости и считается равно­мерным, а скорость закрутки ω возрастает от 0 (при r=0) до ωm0 (при r=d/2, т.е. на стенке сопла). Если вклад давле­ния в Gх сводится к учету слагаемого ω2/2, а турбулентными напряжениями пренебрегают, то это дает

, ,

где Gхm0/um0 - отношение максимальных скоростей в вы­ходном сечении сопла. Таким образом, параметр закрутки S может быть представлен в виде

(1.5),

где связь S и G проиллюстрирована на рис.1.1, где также приведены экспериментальные значения измеренных независимо величин S и G. Соотношение S ~ G для вращения газа как целого правдоподобно описывает реальный случай истечения из генератора закрутки при G < 0,4 (S 0,2). Однако при более интенсивности закрутки распределение осевой скорости значительно отклоняется от равномерного; большая часть потока выходит из отверстия вблизи внешней кромки; в качестве примера на рис.1.2 приведены распределения осевой, окружной и радиальной скоростей в кольцевом выходном сече­нии генератора закрутки с тангенциальным и осевым подводом, полученные экспериментально при нескольких значениях параметра закрутки. Указанная теоретическая зависимость


Рис.1.1. Соотношение между параметрами S и G, характеризующими закрутку.


Рис. 1.2. Радиальные распределения осевой, окружной и радиальной скоростей на выходе из закручивающего устройства со смешанной тангенциально-осевой подачей, демонстрирующие влияние изменения степени закрутки :

а — осевая скорость; б — окружная скорость; в — радиальная скорость.


S ~ G дает в этом случае заниженные значения S при задан­ных значениях G, так что фактически более реальным оказы­вается следующее соотношение между S и G:

(1.6),

также изображенное на рис. 1.1.

Течение может быть охарактеризовано также локальным параметром закрутки Sx, в котором используется толщина слоя смешения rb, а не радиус сопла d/2. Кроме того, закрут­ка потока может выражаться непосредственно через угол уста­новки лопаток закручивающего аппарата и геометрические па­раметры сопла, через тягу и вращающий момент закручиваю­щего устройства, через угол расширения струи вниз по потоку от сопла и через другие параметры. Целесообразно связать угол установки лопаток закручивающего аппарата с создавае­мым им значением параметра закрутки. В этой связи для сравнения следует заметить, что угол установки лопаток (φ и параметр закрутки S связаны приближенным соотношением

(1.7),

где d и dh - соответственно диаметры сопла и втулки закру­чивающего аппарата. Это соотношение вытекает из предполо­жения о распределении осевой скорости в кольцевом канале, соответствующем движению газа как целого, и допущению о малой толщине лопаток, имеющих постоянный угол φ по отно­шению к направлению основного потока и сообщающих потоку постоянную скорость закрутки. Действительно, интегрируя вы­ражения (1.2), (1.3) по r от Rh=dh/2 до R=d/2, получим

, ,

откуда следует соотношение (1.7). В случае безвтулочного за­кручивающего аппарата (или для аппарата с очень малым отношением dh/d) приведенное выше выражение упрощается следующим образом:

(1.8),

так что, например, углы установки лопаток 15°, 30°, 45°, 60°, 70° и 80° соответствуют значениям S, равным примерно 0,2; 0,4; 0,7; 1,2; 2,0 и 4,0 соответственно. Здесь предполагает­ся 100%-ная эффективность закручивающего аппарата, но в действительности она уменьшается при увеличении угла уста­новки. На рис.1.3 приведен примерный вид зависимости угла выхода потока воздуха θ для закручивающего аппарата с плоскими лопатками от угла установки лопаток φ и отноше­ния шага установки лопаток к длине хорды σ=s/c. Сле­дует также отметить, что целесообразно использовать изогну­тые лопатки в решетках закручивающих аппаратов, и по неко­торым экспериментальным данным известно, что эффективный угол закрутки, сообщаемой потоку, определяется углом уста­новки задней кромки.

Рис.1.3. Изменение угла выхода θ для закручивающего устройства с пло­скими лопатками в зависимости от угла установки лопаток φ и отношения шага установки к хорде σ=s/c, полученное на основе данных для каскада плоских лопаток (а) и данных для каскада криволинейных лопаток (б).


На рис.1.3 б, приведены соответствую­щие обозначения для угла выхода потока воздуха θ, завися­щего от угла установки задней кромки лопатки φ (равного 180°-γ) и отношения шага установки лопаток к длине хорды σ. Здесь использованы следующие обозначения:

θ - угол поворота потока,

φ - конечный угол поворота лопаток,

δ - угол отставания, равный φ-θ,

γ - угол хорды лопатки, равный 180°-φ,

R - радиус кривизны,

с - длина хорды лопатки,

s - расстояние между лопатками (шаг установки лопаток),

и связь между этими параметрами выражается приближенным соотношением Картера

где Mс - функция угла хорды лопатки, которую можно аппрок­симировать выражением

Мс=0,002γ+0,21.

И, наконец, в случае закручивающего устройства с адаптив­ным блоком параметр закрутки опреде­ляется следующим выражением:

, (1.9)

где σ=ω11 для радиально подводимого потока, R и Rh - внешний и внутренний радиусы устройства, В - длина устройства.

Изучение камер сгорания различных размеров при исполь­зовании входных сопел одинакового размера с одинаковым углом установки лопаток φ показало, что размер и форма центральной тороидальной рециркуляционной зоны (ЦТРЗ) за­висят от диаметра камеры сгорания. Для описания реа­лизующихся в этом случае типов течений удобно использовать модифицированный параметр закрутки

(1.10),

в котором диаметр сопла заменяется диаметром камеры сгора­ния.


2. ФОРМИРОВАНИЕ ЗАКРУЧЕННЫХ ТЕЧЕНИЙ


Закрутка потоков создается тремя основными методами:

  • использованием тангенциального подвода (генератор за­крутки с осевым и тангенциальным подводом);

  • применением направляющих лопаток (закручивающее устройство);

  • непосредственным вращением (вращающаяся труба).

На рис.1.4 показано закручивающее устройство (с осевым и тангенциальным подводом), широко используемое для созда­ния однородных устойчивых струй для подробных эксперимен­тальных исследований. Количество подаваемого воздуха может регулироваться и измеряться отдельно, так что простым изменением расходов воздушных потоков можно изменять сте­пень закрутки от нулевой до очень высокой, приводящей к образованию сильно закрученных струй с обратными токами. Для таких систем требуется относительно высокий уровень полного давления, и в промышленных горелках часто используются системы с направляющими лопатками, в которых ло­патки расположены таким образом, что они изменяют направ­ление потока.

Рис.1.4 Закручивающее устройство с осевым и тангенциальным подводом.


При радиальном подводе воздуха к закручиваю­щему устройству радиальные и тангенциальные углы лопаток могут быть изменены на месте при реализации закручивающе­го устройства с адаптивным блоком, что в конечном итоге аналогично использованию тангенциального подвода. Система с адаптивным блоком эффективна в том случае, когда необхо­димо создать определенный уровень закрутки при относитель­но низком перепаде давления, поскольку при этом можно по­лучить высокую интенсивность закрутки. В случае осевого те­чения в трубе закручивающее устройство или закручивающий лопаточный аппарат состоит из фиксированных лопаток с уг­лом установки φ относительно направления основного потока. Эти лопатки отклоняют поток и придают ему вращательное движение. Такой метод используется в топках и газотур­бинных камерах сгорания. Обычно лопатки устанавливаются на центральной втулке и располагаются в кольцевой области вокруг нее. С целью улучшения условий на выходе делались попытки использовать закручивающие устройства без втулок, однако срыв потока на лопатках обусловливает слож­ную картину течения и приводит к нарушению осевой симмет­рии. Закрутка может быть также создана непосредственным вращением потока. Так, в одном из экспериментов исполь­зовался цилиндр, вращающийся с частотой 9500 об/мин и со­здающий закрутку силами трения на стенке цилиндра, дейст­вующими на проходящий через него поток. Вследствие относи­тельно низкой вязкости воздуха таким методом можно создать лишь небольшую закрутку. Силы трения могут быть значи­тельно увеличены установкой во вращающую трубу перфори­рованных пластин, пучков труб или пористых дисков. На выходе из таких систем получаются профили скорости, соот­ветствующие закрутке газа как целого, аналогично случаю увле­чения частиц жидкости диском, вращающимся с постоянной угловой скоростью Ω. В вязкой жидкости вращающиеся тече­ния (т.е. вихри) всегда содержат центральное ядро с враще­нием жидкости как целого (или вынужденный вихрь). Вне центральной области могут преобладать условия свободного (или потенциального) вихря, что наблюдается при образова­нии в атмосфере смерчей, пылевых бурь, торнадо, ураганов и циклонов. Огневые смерчи, возникающие при лесных и городских пожарах, могут быть смоделированы в лаборатор­ных условиях вращением большого цилиндрического экрана из проволочной сетки над разлитым жидким горючим или над газовым факелом, когда пламя располагается по цент­ральной вертикальной оси цилиндра.

Для классификации и оценки этих типов течений целесооб­разно рассмотреть движение жидкости в цилиндрических коор­динатах. Предполагаются осевая симметрия и равенство нулю радиальной и осевой скоростей (u=v=0). Тогда единствен­ной ненулевой компонентой скорости оказывается окружная, зависящая только от радиуса ω=f(r). Завихренность со опре­деляется как ротор вектора скорости. В простом случае вра­щающейся жидкости, когда u=v=0 и скорость закрутки за­висит только от радиуса г, завихренность равна

,

т.е. отлична от нуля лишь x-компонента вектора ω. Во вра­щающихся течениях с распределением окружной скорости

ω=c/r (1.11)

завихренность равна нулю (со==0). Такие течения являются потенциальными (безвихревыми) и называются потенциальны­ми или свободными вихрями.

Течения с вращением жидкости как целого имеют распреде­ление скорости

ω==c'r (1.12)

и называются вынужденными вихрями. Ясно, что вектор ω в них отличен от нуля и такие течения называются завихрен­ными.

В любом случае циркуляция Г вдоль одной из концентри­ческих траекторий вращательного движения определяется вы­ражением Г = 2πrω, где ω не зависит от θ. Другим параметром является угловая скорость относительно центральной оси Ω = ω/r. Общие ха­рактеристики вихрей приведены в табл.1.1.

Все три типа вихрей в реальных жидкостях имеют цент­ральное вихревое ядро с ненулевой завихренностью. Окруж­ная скорость равна нулю на оси симметрии. Свободные и вы­нужденные вихри можно различить по радиальному положе­нию максимума окружной скорости; т. е. в свободном вихре максимум расположен вблизи оси симметрии, в то время как в вынужденном вихре максимум находится на внешней грани­це вихря. Все величины для составного вихря Рэнкина (или свободно-вынужденного вихря) определяются выражениями для вынужденного вихря при малых r и выражениями для свободного вихря при больших r.

Таблица 7.7.

Общие характеристики вихрей

Параметры Вынужденный вихрь (вращение среды как целого) Свободный (потенциальный) вихрь Составной вихрь (вихрь Рэнкина)
Окружная ско­рость ω ω=с’r ω=C/r

Угловая скорость Ω С’=const

C/r2 (функция радиуса)

Функция радиуса
Циркуляция Г

2πΩr2

2πC

Завихренность ω 4πΩ=const 0


При выборе закручивающего устройства решающим факто­ром является его эффективность, поскольку лишь часть паде­ния давления на горелке переходит в кинетическую энергию получающегося закрученного струйного течения, остальная часть механической энергии теряется. Можно ввести параметр ν, называемый коэффициентом потока кинетической энергии кольцевого закрученного течения. Его значение зависит от типа созданного вихря, внешнего и внутреннего диаметров трубы.

Рис.1.5. Коэффициент потока кинетической энергии ν в кольцевом закрученном течении в случае уравнения вихря ω = const rn.

Рис. 1.6. Эффективность закрутки ε в за­висимости от параметра закрутки S для различных закручивающих устройств:

1 - закручивающее устройство с адаптивным блоком (R = 80 мм); 2 - закручивающее устройство с осевым и тангенциальным под­водом; 3 - закручивающее устройство с на­правляющими лопатками (R = 62 мм).


И от распределения окружной и осевой скоростей, ко­торые могут не соответство­вать вращению газа как це­лого. Значения ν для различ­ных типов вихрей с ω = Сгn приведены на рис. 1.5. Мож­но видеть, что для любого заданного значения пара­метра закрутки вихрь при движении газа как целого (n=1) представляет собой случай минимума кинетиче­ской энергии, а свободный вихрь (n=-1) дает мак­симум кинетической энергии. Вихри с постоянной окруж­ной скоростью (n=0) пред­ставляет собой промежуточ­ный случай между вихрем с распределением скорости, соответствующим движению газа как целого, и свобод­ным вихрем, и в случае, когда момент количества движения в значительной степени сконцентрирован во внешней части потока (n=3), получаются значения ν, лишь не­значительно превышающие значения, соответствующие движе­нию газа как целого.

Эффективность закрутки в при заданной интенсивности за­крутки представляет собой отношение кинетической энергии закрученного потока, протекающего через горло горелки, к па­дению статического давления между входным сечением и гор­лом. На рис.1.6 представлены экспериментальные значе­ния ε для различных значений параметра закрутки S и раз­личных типов закручивающих устройств.

1. Закручивающее устройство с осевой и тангенциальной по­дачей наиболее эффективно при малых интенсивностях закрут­ки, но малоэффективно при больших интенсивностях закрутки. Например, при S=1 его эффективность ε=40%. Столь низ­кая эффективность связана главным образом с большой пло­щадью внутренней поверхности внутренней трубы горелки, осо­бенно вверх по потоку от отверстия тангенциальной подачи.

2. Закручивающее устройство с адаптивным блоком имеет относительно низкую эффективность при низкой и средней интенсивности закрутки (ε=58% при S=0,4), но его эффективность остается неизменной и может даже повышаться при более высокой интенсивности закрутки.

3. Закручивающий аппарат с радиальной подачей потока имеет относительно высокую эффективность (ε=75% при S=1).

4. Закручивающий аппарат с осевой подачей имеет относительно низкую эффективность (ε=30% при S=1).

Эффективность закрутки представляет собой меру создания конкретной интенсивности закрутки S; это вовсе не мера эффективности создания определенного типа поля течения; это означает, что при одинаковой интенсивности закрутки различными типами закручивающих устройств (с различными профилями скорости на выходе) создаются разные поля течения вниз по потоку.


3. ТОПКИ, ГОРЕЛКИ И ЦИКЛОНЫ


На рис.1.30 приведен эскиз экспериментальной топки Меж­дународной организации исследования горения (IFRF) с пе­ременным отводом тепла, использованной для подробного экс­периментального исследования гидродинамики и теплообмена. Топка имеет длину примерно 6,3 м и поперечное сечение 2Х2 м. Она состоит из 17 поперечных охлаждаемых водой секций. Горелка и труба расположены в центре торцевых по­верхностей. Во время испытаний серии М-3 использовались две высокоскоростные туннельные горелки для природного газа, показанные на рис.1.31, в которых достигается полное сгора­ние на выходе из горелки. Продукты сгорания по­ступают в топку без закрутки и горизонтально или под углом 25° к горизонту. В предыдущих испытаниях в IFRF были исследованы пламе­ни распыленной нефти и измельченного в порошок угля с за­круткой.


Рис.1.30. Экспериментальная топка IFRF для исследования теплообмена в се­рии испытаний М-3.


Существует много различных типов топок - топка котла электростанции отличается, например, от топок в металлургической и обрабатывающей промышленностях. Топки играют важнейшую роль в современном обществе, и их эффективность и характеристики загрязнения среды могут привести к далеко идущим последствиям. Однако во всех случаях особенно важ­ной является возможность управления пламенем с целью со­здания заданных распределений лучистого и конвективного теплообмена, полного сгорания, предотвращения шума, пульса­ции и чувствительности к изменениям свойств топлива. В боль­шинстве топок пламени придается некоторая закрутка с целью повышения устойчивости, тогда как в некоторых других случаях, например в котлах с тангенциальной подачей топли­ва, потоки на входе направляются тангенциально к огневому ядру, образующемуся в центре камеры.

Рис.1.31. Конструкции высокоскоростных туннельных горелок: а - горизонтальная; б - наклонная.


Тогда в камере с закруткой возникает слабый эффект циклонного типа или в ре­зультате получается циклонная камера с движением закру­ченного потока относительно геометрической оси оборудования. Важными конечными характеристиками процесса являются температура, распределение тепловых потоков на стенках и эффективность сгорания, и они непосредственно связаны с об­разованием загрязняющих веществ, таких, как сажа и оксиды азота. Конструктору и оператору необходимо знать, как эти параметры зависят от количества движения и угла подачи струй топлива, температуры предварительно подогретого возду­ха и формы камеры. Ясно, что проблема моделирования очень сложна, она включает взаимодействие турбулентного горения многих химических компонент с многофазными процессами (частицы жидкого или твердого топлива и углерода в поле те­чения) и с лучистым теплопереносом. Как указывается в лите­ратуре, моделирование в той или иной степени включает рас­пределение по размерам частиц (рассчитанное в диапазонах конечных размеров во всех точках области), потоковые или. зонные характеристики лучистого теплопереноса и данные о рас­пределении сажи (сажа образуется в результате термического разложения углеводородов и ликвидируется окислением; оба процесса представляют собой сложную задачу химической ки­нетики).

В случае турбулентных диффузионных пламен процесс сгорания определяется структу­рой потока и смешением. В обзоре обсуждаются методы рас­чета, основанные на законах подобия турбулентных струй, тео­рии потока в гомогенном реакторе и на полных уравнениях в частных производных для турбулентного течения. При сгора­нии капель и частиц необходимо учитывать скорости гетероген­ных реакций и требуется знать распределения частиц по раз­мерам и в пространстве. Эмиссия загрязняющих веществ, та­ких, как углеводороды, сажа и оксиды азота, может быть уменьшена соответствующим управлением закономерностями изменения температуры и концентрации в области сгорания. В обзоре представлены также методы расчета лучистого пото­ка тепла от пламени к тепловым стокам в порядке возрастаю­щей сложности: модель с хорошим перемешиванием, модель длинной топки, многопотоковая модель и зонный метод анали­за.

Рассмотрим теперь некоторые применения закрученных те­чений: в горелках, вихревых устройствах и циклонах.

Особый случай представляют тороидальные горелки (рис.1.36), которые конструируются специально для достиже­ния высокой интенсивности тепловыделения при высокой тем­пературе в результате сжигания жидкого или газообразного топлива с непосредственным использованием кислорода. Про­дукты сгорания с высокой степенью диссоциации обеспечивают очень большие конвективные потоки тепла при рекомбинации на более холодных поверхностях; примеры их применения включают процессы рафинирования стали и меди при их про­изводстве электродуговым методом или в мартеновских печах. В этих горелках иногда возникает неустойчивость, аналогичная встречающейся в ракетных двигателях. Для ракетных двигателей характерны три основных типа неустойчивости: неустойчи­вость в камере сгорания, неустойчивость системы и собствен­ная неустойчивость. К первой категории от­носятся явления гидродинамической неустойчивости, возникаю­щие во многих системах сгорания, но особенно в камерах сго­рания твердотопливных и гибридных ракетных двигателей. Пример приведен на рис.1.37, где в определенной конструкции камеры сгорания, аналогичной тороидальной горелке, возникает гидродинамическая неустойчивость. Вблизи форсунки образу­ется тороидальный вихрь. Он захватывает горячие газообраз­ные продукты сгорания, поступающий из форсунки окислитель, газообразное горючее из области поверхности горючего, сопри­касающейся с вихрем. При критических условиях смесь этих газов воспламеняется и сгорает, создавая местное повышение давления, распространяющееся вниз по потоку. Этот процесс периодически повторяется.

Во многих других типах циклонных пылевых газоочистите­лей, циклонных сепараторов, пылеосадителей с вращающимся потоком и форсунок для распыления жидкого топлива исполь­зуются свойства закрученного и вихревого течений. На­пример, в циклонных сепараторах (рис.1.38) крупные части­цы отбрасываются к стенкам под действием центробежных сил (или вследствие недостаточной величины центростремительных сил) в сильно закрученном потоке. Они опускаются вме­сте со вторичным течением и собираются в нижней части, в то время как относительно свободный от пыли воздух продолжает движение в центральном ядре и выходит у противополож­ного конца.

Центробежные эффекты также проявляются в на­гревателях типа бака с перемешиванием, когда бак с жидкостью нагревается от окружающей паровой рубашки. Переме­шивание жидкости с помощью колеса с лопатками и установ­ленные на стенке перегородки увеличивают турбулентность и интенсифицируют теплоперенос.



4. ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ


В топливосжигающих устройствах наряду с другими воз­можностями воздействия на характеристики пламени часто ис­пользуется закрутка . Закрутка воздуха, впрыскиваемого топлива или того и другого весьма благоприятно сказывается на структуре течения, что в свою очередь способствует дости­жению проектных характеристик устройств. Для того чтобы придать потоку вращение, используются лопаточные завихрители, закручивающие устройства с аксиаль­но-тангенциальным подводом, а также непосредственный тан­генциальный вдув в камеру сгорания. Интенсивность закрут­ки обычно характеризуется безразмерным параметром S, кото­рый представляет собой отношение потока момента количества движения к потоку осевого импульса, умноженному на эквива­лентный радиус сопла. Согласно экспериментальным данным закрутка влияет на крупномасштабную структуру потока и пропорциональ­но своей интенсивности изменяет ширину струи, скорость эжекции, темп вырождения неравномерности (в химически инерт­ных потоках), размер, форму и устойчивость факела и интен­сивность процесса горения (в потоках с химическими реакция­ми). В сильнозакрученных потоках (где S > 0,6) имеются значительные осевые и радиальные градиенты давления, кото­рые приводят к образованию ЦТВЗ, отсутствующей при мень­ших значениях параметра закрутки. Наличие этой зоны с ин­тенсивной завихренностью способствует выполнению ряда тре­бований, предъявляемых к камерам сгорания, а именно позволяет:

1. Уменьшить длину факела за счет повышения скорости эжекции воздуха из окружающей среды и увеличения интен­сивности перемешивания вблизи среза сопла и границ рециркуляционной зоны.

2. Повысить устойчивость факела благодаря вовлечению горячих продуктов сгорания в рециркуляционную зону.

3. Увеличить время жизни оборудования и уменьшить по­требность в его ремонте, поскольку стабилизация осуществляется аэродинамическими средствами, и потому воздействие пламени на твердые поверхности (воздействие, приводящее к перегреву и