ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Горение жидкого топлива в потоке из "Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках" Процесс разрушения капель в потоке воздуха исследовался A.A. Бузуковым. Установлено, что под действием воздушного потока в капле жидкости образуется вмятина, затем капля принимает форму выпуклой пленки, лопается и дробится. Максимальный размер капли, могущей существовать в факеле, определяется из условия равенства силы поверхностного натяжения и силы аэродинамического давления. Другая схема дробления струи на капли в простейшем виде представляется как разрыв пленки, являющейся продолжением окружности сопла, под действием сил турбулентных пульсаций. Третья схема распада струи строится на предположении И. Е. Ульянова о том, что причиной разрушения единого потока жидкости на капли являются кавитационные процессы. При высокой скорости течения топлива в сопловом канале статическое давление снижается до значений, соответствующих упругости паров, в потоке при этом образуются кавитационные зоны в виде отдельных пузырьков. По выходе из сопла давление восстанавливается до атмосферного, а пузырьки исчезают, разрушая целостность струи. К. К. Шальпев установил, что число срывов кавитационных каверн п зависит от скорости течения жидкости W. При этом число срывов за одну секунду равно n = 28w при w = = 8,0 ч- 1,2 м/с. При более высокой скорости потока кавитационные пузырьки образуются не только на поверхности, но и внутри струи, что приводит к истечению парожидкостной эмульсии. Наличие завихренного движения (у центробежных форсунок) или попадание жидкости в струю пара (у форсунок с паровым распыливанием) интенсифицирует образование кавитационных пузырьков по всему сечению струи. [c.37] Повышение скорости истечения сопровождается образованием осесимметричных и волновых колебаний всей струи, которые приводят к ее распаду [Л. 17]. В процессе распыливания жидкости форсунками также, очевидно, имеет место срыв слоев и капель с волнообразной поверхности (особенно пленочного типа). [c.37] Волынский и О. Н. Дегтев показали, что аэродинамические силы относительной скорости возду-XI оказывают значитель ное действие на дробление капель жидкости. [c.37] КО капли диаметром 200 мкм (и более) значительное время сохраняют свою относительную скорость. Капли диаметром 200 мкм и более прогреваются быстрее в 2—4 раза по сравнению с неподвижной каплей того же диаметра. [c.38] В результате прогрева топлива и начавшегося интенсивного испарения вокруг капли образуется облако пара. Вследствие диффузии и турбулентных пульсаций пары будут удаляться от капли и смешиваться с воздухом. Таким образом, создаются местные очаги, концентрация топлива в которых соответствует нижнему пределу воспламенения. Испаряемость различных топлив в зависимости от температуры приведена на рис. 1-21. [c.38] Согласно теории горения гомогенных топливо-воздушных смесей [Л. 19] воспламенение их возможно лишь по истечении некоторого времени— периода индукции , зависящего от концентрации топлива в смеси, его физических характеристик и от температуры смеси. [c.38] Величины приведены в табл. 1-3 [Л. 18]. [c.39] Таким образом, длительность процесса воспламенения единичной капли тяжелого жидкого топлива (мазута), неподвижной относительно потока воздуха, определяется главным образом длительностью прогрева и химической индукции. [c.39] Поэтому для ускорения процесса воспламенения следует повышать температуру среды и улучшать качество распыливания (уменьшать с1о). [c.39] Значительно сложнее описываются процессы воспламенения капли топлива в потоке воздуха. Некоторые данные о воспламенении и горении капель керосина, изооктана, этилового спирта приводятся в работе Л. А. Клячко и А. В. Кудрявцева. С увеличением относительной скорости воздуха пары топлива, образующиеся на поверхности капли, воспламеняются на некотором удалении от капли в ее следе. Это расстояние увеличивается по мере роста относительной скорости воздуха (или капли), и при некоторых ее значениях воспламенения паров вообще не происходит. Величина этой критической скорости определяется температурой потока воздуха. [c.39] Движение капли со скоростью, отличающейся от скорости потока, не вносит существенных изменений в общий характер процесса воспламенения. Увеличивается лишь общая длительность процесса в связи с более интенсивным уносом паров с поверхности капли. С увеличением молекулярной массы топлива роль предварительного испарения заметно снижается, хотя наличие относительной скорости несколько увеличивает интенсивность этого процесса. В зависимости от размера капель и свойств топлива (молекулярной массы, энергии активации) в реальных факелах воспламенение мелких капель (до 50—100 мкм) наступает значительно быстрее, чем крупных, которые воспламеняются в условиях уже сформированного факела. [c.39] Эти теоретические выводы подтверждаются в экспериментальных работах И. И. Палеева и Ф. А. Агафоновой как при горении капли в неподвижной среде, так н при наличии относительной скорости капли. [c.40] Образование коксовой оболочки свидетельствует об избирательном испарении. Тяжелые составляющие,, подвергаясь нагреву, образуют на поверхности капли коксовый слой, который и прорывается в отдельных местах. [c.41] В одной из работ Б. Л. Жаркова прямым наблюдением установлено, что капли некоторых мазутов не выгорают полностью. Чем крупнее капля, тем больший размер имеет коксовый остаток. Однако относительная масса коксового остатка при этом несколько уменьшается (рис. 1-24), что объясняется его пористостью. Образование коксового остатка вносит еще большую неопределенность в понятие константы горения. [c.41] Увеличение температуры средни резкое улучшение качества распыливания при сжигании мазута создают благоприятные условия для увеличения количества топливных паров, которые выходят за пределы зон горения индивидуальных частиц (капель). В этом случае сокращается время сгорания капель, а режим горения приближается от гетерогенного к режиму горения газовых смесей, рассмотренному в 1-3. [c.41] Количественное описание сложных процессов, протекающих в топочной камере с учетом их взаимного наложения, в настоящее время дать невозможно, так как решение этой задачи имеющимися математическими средствами наталкивается на непреодолимые трудности. Однако при постоянных начальных условиях (скорость, температура, давление и состав потока, а также размеры капель) в стационарном факеле можно выделить такие области, параметры которых не зависят от времени и изменяются лишь от сечения к сечению. Для упрощения можно принять стадии смесеобразования и собственно горения независимыми друг от друга. Указанные допущения имеют основание в связи с тем, что при сжигании жидкого топлива так же, как при сжигании газа, в горящем стационарном факеле можно выделить три участка зону предпламенных процессов (холодное ядро), зону горения и зону догорания. Границей между первым и вторым участком условно считают фронт пламени, т. е. зону резкого изменения параметров топливновоздушной смеси. Между вторым и третьим участком нет четко выраженной разницы. Ее обычно устанавливают по косвенным признакам, принимая за начало участка догорания границу плавного понижения температуры или уменьшения скорости химических реакций. [c.42] Если учесть, что углеводородное топливо может воспламеняться при испарении примерно 30% введенного топлива, то можно считать, что в зоне предпламенных процессов происходит лишь частичное испарение, следовательно, грубое распыливание должно приводить к более позднему образованию фронта пламени, что подтверждается практикой. [c.42] В двухфазной смеси возможно поджигание соседней капли от горящей, если период индукции меньше, чем время существования уже горящей капли. В этом случае положение фронта пламени будет стабилизироваться при еще меньшей степени испарения жидких углеводородов, так как пространство, разделяющее поджигаемую каплю от поджигающей, может быть заполнено топливными парами, концентрация которых еще недостаточна для образования горючей смеси. Необходимо только, чтобы горючая смесь образовалась в зоне поджигаемой капли. Следовательно, в этом случае не требуется испарения даже 30% всего введенного топлива. [c.42] В итоге сказанного можно сделать вывод, что зона предпламенных процессов в факеле ограничена и процессы испарения не могут существенно влиять на суммарные характеристики горения. Ускорение прогрева достигается увеличением начальной температуры и интенсивности турбулентности потока. Так как эта температура находится в пределах 600—1000°С, прогрев топливного факела можно рассчитать в соответствии с закономерностями прогрева и испарения одиночной капли. [c.42] Доля радиационного теплообмена для каждой капли очень мала. Однако в реальном факеле количество частиц достаточно велико и в целом они могут составить значительную тепловоспринимающую поверхность, тем более что частицы подвергаются объемному воздействию радиационного теплового потока, в связи с большим его рассеиванием. [c.43] Вернуться к основной статье