ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ламинарный факел при конечной толщине зоны реакции из "Аэродинамика факела" Из (3-44) видно, что при к - оо зона реакции вырождается в математическую поверхность. Этому предельному случаю отвечает диффузионный режим горения. [c.55] Расчет, выполненный на основе предположения о конечной толщине зоны реакции, позволяет определить характеристики процесса, соответствующие стационарным режимам горения и критическим условиям воспламенения и потухания. Отметим также, что, определив по (3-44) толщину зоны горения, можно установить связь между значением эффективной постоянной к о в квазигетерогенной модели и значением к для реакции в объеме зоны к о = ко8. Из этого соотношения и уравнения (3-44) видно, что в общем случае эффективное значение предэкспонен-циального множителя квазигетерогенной реакции к о зависит от ряда параметров, определяющих процесс горения. Возможность, использования в расчете допущения о постоянстве к о определяется слабым изменением температуры в зоне реакции при переходе от устойчивого горения к потуханию. [c.55] Расчет по схеме зоны реакции конечной толщины может быть выполнен и для ряда других типов струйных течений. Во всех случаях полученные в результате расчета выражения позволяют оценить значения характерных параметров процесса и определить их влияние на аэродинамику и тепловой режим факела. [c.55] На рис. 3-10 приведены результаты численного расчета структуры двойного факела. Они показывают, что горение однородной смеси на первичном фронте протекает значительно более интенсивно (примерно на порядок), чем горение неперемешанных газов во внешнем фронте. Соответственно этому толщина первичного фронта значительно меньше толщины вторичного. Это объясняется т м, что скорость горения смеси лимитируется конвективным переносом, тогда как интенсивность горения неперемешанных газов определяется более медленным процессом — диффузией реагентов. [c.59] В настоящее время все большее распространение получают численные расчеты процесса горения с помощью ЭВМ. В принципе становится доступным весьма подробный анализ сложных явлений, связанных с процессом горения в турбулентных струях. Однако по мере развития вычислительной техники все острее ощущается недостаток в опорных для расчета данных. В числе их — надежные соотношения, описывающие турбулентный обмен массой, энергией и импульсом, а также достаточно общие микрокинетические характеристики процесса. [c.61] В этих условиях возрастает (а не снижается, как могло бы показаться на первый взгляд) роль приближенных расчетов, опирающихся на наглядные физические модели сложного явления. Это связано в первую очередь с возможностью определения на основе приближенных расчетных схем опытных данных,- необходимых для решения инженерных задач, и с оценкой влияния режимных параметров на характер протекания процесса. Существенна также Связанная с этим простота истолкования не всегда наглядных результатов систематических вычислений на ЭВМ. [c.61] Для конкретных условий подробный расчет турбулентного факела сводится к интегрированию уравнений переноса и к выбору значений эмпирических постоянных и функций, отвечающих заданной обстановке. В общем случае этот выбор должен отразить наличие большого числа трудно учитываемых факторов формы сопла, начального распределения скорости, температуры и концентраций, уровня начальной турбулентности. Для приближенного инженерного расчета в этом, однако, нет необходимости. Газовые пламена различных конфигураций могут быть рассчитаны с помощью весьма простых соотношений, содержащих результаты решения соответствующих газодинамических задач и средние статистические значения эмпирических коэффициентов [31, 89. 92]. [c.61] Ниже излагается инженерный метод расчета затопленного турбулентного диффузионного факела. Расчет выполнен в приближении аэродинамической теории факела на основе метода эквивалентной задачи теории теплопроводности. В связи с этим в данном параграфе приведены основные положения этого метода, а также эмпирические данные, необходимые для вычислений. В двух последующих параграфах рассмотрена аэродинамика затопленного и спутного факела конечного размера. Здесь же приведено сопоставление расчета и эксперимента, иллюстрирующее возможности применяемого метода. В 4-4 и 4-5 приведен расчет малоизученных типов турбулентных факелов, образующихся при истечении топлива из прямоугольного сопла или из системы осесимметричных сопл, расположенных равномерно вдоль некоторой окружности. [c.61] Для данного типа течения вид заюсимости g(x) и r x, у) определяется путем сопоставления одного из соотношений, вытекающих из аналитического решения уравнения (4-1), с экспериментом. [c.62] Приведенные данные отвечают истечению струй с равномерным профилем скорости и относительно низким (е 1%) уровнем начальной турбулентности. Повышение интенсивности пульсаций (искусственная турбулизация) приводит (см. гл. 7) к более быстрому затуханию струи и к изменению численных значений эмпирической постоянной с. Это является естественным, так как в методе эквивалентной задачи теории теплопроводности влияние различных факторов, отражающих особенности течения, проявляется в конечном счете на значении эффективной переменной . Заметное влияние оказывает также неравномерность начального профиля скорости, формирующаяся при обтекании сопел. [c.63] На рис. 4-2 приведены данные о смешении турбулентных струй при различной степени неоднородности начального профиля скорости. На графиках показаны зависимости АТт(т), отвечающие различной форме начального профиля. Из рисунка видно что кривые АТт(т) не являются монотонными. [c.63] Из соотношений (4-4) и (4-5) видно, что при прочих равных условиях зависимость эффективной переменной (и соответственно зависимость толщины струи) от скорости спутного потока в газовых пламенах будет более слабой, чем в струях. Последнее действительно наблюдается в эксперименте. Как показывают измерения, увеличение скорости спутного потока ведет к резкому уменьшению интенсивности затухания риАи в спутной струе и к незначительному — в газовом факеле. [c.65] Рассмотрим закономерности простейшего прямоструйного пламени — затопленного диффузионного факела. Такой факел (плоский или осесимметричный) является составным элементом сложных турбулентных пламен и может в известной мере служить прообразом практически любой схемы диффузионного горения газа. [c.66] Наличие сосредоточенного источника тепла — фронта пламени — приводит к заметному изменению распределения температуры и концентрации в факеле по сравнению с распределением при смещении струй инертных газов. Что касается профилей то в затопленном факеле их можно принять идентичными профилям в свободных струях [27]. Это связано с тем, что при достаточно больших значениях стехиометрического комплекса р, отвечающих горению газовоздушных смесей, фронт пламени располагается на периферии факела, где абсолютные значения скорости и плотности потока импульса малы. Поэтому вызванное горением возмущение течения в окрестности фронта (нарушение изобарности и сопутствующее ему ускорение газа) практически не сказывается на профилях ры и в расчете может не учитываться. Не будем учитывать также изменение молекулярной массы реагентов и продуктов реакции, зависимость теплоемкости от температуры и давления. Кроме того, примем, что турбулентное число Льюиса равно единице. [c.66] В соответствии с обобщенной схемой расчета (см. гл. 2) запишем выражения, описывающие распределение скорости, температуры и концентраций в плоском и осесимметричном турбулентном диффузионном факеле. [c.68] Полученная система уравнений позволяет, таким образом, определить длину и конфигурацию факела и найти распределение характерных величин во всем поле течения. Соответствие расчета и эксперимента иллюстрируется рис. 4-4, на котором сопоставлены опытные и расчетные данные о распределении ры и Т вдоль оси факела. Из графика видно, что для исследованных режимов ( о 60 м/с, 7 о=1300 К, 0,053 С1.0 0,12) согласие расчета и опыта вполне удовлетворительное. Существенно, что проведенный расчет содержит лищь одну эмпирическую постоянную, численное значение которой (с = 0,04) принято на основе осреднения данных об аэродинамике турбулентных струй и пламен, а не заимствовано из того же конкретного эксперимента . [c.69] Расчеты зависимости К г по формулам (4-12, 4-13) и (4-14, 4-15) показывают, что при значении Р)/ ю 2 относительная погрешность при определении длины факела по приближенным соотношениям (4-14,4-15) не превышает 2%. [c.70] ДЛЯ осесимметричного факела. [c.72] Примечательно, что в уравнение (4-18) не входят в явном виде режимные параметры. Влияние их сказывается на величине — расчетной длине факела, играющей роль характерного масштаба длин. Поэтому формула (4-18) обобщает данные, относящиеся к различным значениям Со, Т, 2 и др. Расчет по формулам (4-11) и (4-18) показывает, что в области значений 0,5 результаты точного и приближенного решений близки друг к другу. [c.72] Рассмотрим закономерности аэродинамики турбулентного диффузионного факела. С этой целью проанализируем влияние режимных параметров на его основные характеристики. [c.72] Вернуться к основной статье