Факелы и восходящие струи

В стратифицированной среде могут возникать также индуцированные выталкивающей силой течения в тепловых факелах и восходящих струях. Эта задача представляет особый интерес при сбросе тепла в окружающую среду и поэтому она всесторонне изучалась для турбулентных течений. Большее внимание уделено осесимметричным течениям, так как на практике они встречаются чаще, чем плоские факелы и струи. Особый интерес в этих задачах представляет высота, до которой поднимается течение в устойчиво стратифицированной окружающей среде. Этот вопрос обсуждается в гл. 4 для ламинарных и в гл. 12 для турбулентных течений. Теплоотдача от тел, погруженных в среду, устойчиво стратифицированную вследствие диффузии химических компонентов, также представляет значительный интерес и имеет большое значение. Соответствующий комбинированный тепло- и массообмен рассматривается в гл. 6. [c.149]

Во многих течениях, индуцированных выталкивающей силой, существует круговая симметрия, так как поверхность или тело, около которых возникает течение, симметричны относительно вертикальной оси. Осесимметричные течения часто образуются, например, около длинного вертикального цилиндра, вертикального конуса или около сферы, если подвод энергии также обладает круговой симметрией. В ряде случаев можно воспользоваться приближениями пограничного слоя, аналогичными рассмотренным в предыдущих главах для двумерных вертикальных течений. Значительный интерес представляют также свободные осесимметричные течения типа пограничного слоя, например факелы и восходящие струи, в особенности при сбросе энергии и вещества в окружающую среду. В настоящей главе рассмотрим ламинарные вертикальные осесимметричные течения типа пограничного слоя, возникающие только под действием тепловой выталкивающей силы, оставляя рассмотрение турбулентных и сложных течений, индуцированных выталкивающей силой, на последующие главы. [c.178]

ФАКЕЛЫ И ВОСХОДЯЩИЕ СТРУИ [c.191]

Подъем осесимметричных факелов и восходящих струй под действием выталкивающей силы в устойчиво стратифицированной среде является важным аспектом изучения окружающей среды. Поэтому многие исследователи рассматривали такие течения и определили влияние стратификации на основные характеристики и высоту подъема течения. В большинстве работ рассмотрены турбулентные течения, так как они имеют большее практическое значение. В гл. 12 обсуждаются результаты экспериментальных и теоретических работ по исследованию турбулентных течений со свободными границами. [c.200]

Изложенный выше метод применен для анализа структуры восходящей струи и факела при наличии вынужденного течения [40]. Задача была сведена к нахождению виртуального источника выталкивающей силы, вызывающего эквивалентное развитие течения в факеле. [c.131]

Восходящие струи развиваются под действием выталкивающих сил и начального импульса. В предельных случаях они становятся обычными факелами и струями. Если повсюду в поле течения можно пренебречь начальным количеством движения по сравнению с результирующим импульсом выталкивающей силы, то мы фактически имеем дело с факелом. С другой стороны, если воздействие выталкивающей силы повсюду очень мало по сравнению с воздействием начального импульса исте- [c.138]

Сочетая методы теории подобия и анализа размерностей с результатами экспериментальных исследований, удалось установить режимы течения в восходящей струе, истекающей в затопленное пространство на различных расстояниях от сопла [8]. Оказалось, что можно выделить три области течения. Они показаны на рис. 12.4.1, а и б для плоской струи, истекающей из щели, а на рис. 12.4.2 — для осесимметричной струи. В первой области — вблизи среза сопла — течение развивается как в обычной струе. С другой стороны, в третьей области, вдали от источника, течение соответствует факелу. В промежуточной области струя трансформируется в факел. [c.141]

В табл. 12.4.1 и на рис. 12.4.1, 12.4.2 приведены полученные с помощью анализа размерностей показатели степеней в распределениях параметров течения вдоль оси струи в первой и третьей областях, т. е. в областях, которые соответствуют течениям в струе и факеле. В промежуточной области характер распределений устанавливался по экспериментальным данным. Ценность этих результатов состоит не только в том, что они помогают представить в целом физическую картину развития восходящих струй выделение различных областей вдоль оси струи позволяет создать модели течения, которые обсуждаются ниже. [c.141]

Область развитого течения. В этой расположенной ниже по потоку области восходящей струи процессы смешения и вовлечения окружающей среды определяются начальным и приобретенным импульсами струи, воздействием выталкивающей силы, а также стратификацией и параметрами течения окружающей среды. С удалением от сопла влияние начальных условий быстро ослабевает. Струя постепенно превращается в факел. [c.142]

Интегральный метод и модель подсасывания. В разд. 12.2 был изложен интегральный метод расчета вертикального факела в нестратифицированной среде при полностью развитом турбулентном режиме течения. В этом методе коэффициент подсасывания а должен быть определен по результатам измерений. Многими исследователями установлено, что для факелов а = 0,082, тогда как для струй обычно считается, что лучше использовать величину а, равную 0,057. Из-за этого различия модель течения в восходящей струе должна учитывать два предельных случая, соответствующие течению в обычной струе и факеле. Модель должна также описывать процесс подсасывания в промежуточной области. [c.143]

Для расчета восходящих струй, истекающих первоначально в горизонтальном направлении, предложено [44] другое выражение для коэффициента подсасывания, которое можно использовать в областях как струи, так и факела [c.144]

Модель I справедлива для обычных гидродинамических струй модель 2 справедлива для обычных восходящих факелов модель 3 справедлива для восходящих струй, истекающих в неподвижную окружающую среду под разными углами модель 4 аппроксимирует экспериментальные данные, полученные при истечении всплывающей струи, истекающей вертикально вниз в неподвижную окружающую среду модель 5 справедлива для восходящих струй, истекающих горизонтально в неподвижную среду модель 6 справедлива для обычных восходящих факелов модель 7 с эмпирическим коэффициентом 02 справедлива для вертикально истекающих струй. [c.177]

В работе [9] с помощью модели подсасывания с одной константой проанализировано поведение восходящих струй и факелов в поперечном потоке и проведены эксперименты с очень небольшими струями (диаметром около 1,8 мм), истекающими вертикально вниз. С помощью (к — е)-модели турбулентности исследовано расширение струй в неподвижной среде [7]. [c.193]

Опыт показал, что даже в вертикальных отстойниках без отражательного щита струя воды из центральной трубы доходит до дна отстойника. Факел круглой струи переменной. массы расширяется под углом 12° за счет подсоса воды. Дойдя до дна, поток растекается по наклонным стенкам днища и, меняя направление, поднимается вверх. Прижимаясь к периметру отстойника, восходящий поток образовывает в живом сечении кольцо, расширяющееся за счет подсоса. Из отстойника выходит только небольшая часть общего расхода восходящей струи, остальная жидкость направляется к центру, а затем вниз вдоль центральной трубы. Вся средняя часть отстойника по его высоте представляет собой водоворотную область. [c.102]

Интересная картина механизмов движения в вертикальных течениях, индуцированных выталкивающей силой, в устойчиво стратифицированной покоящейся среде была получена в работе [93]. Исследовались характеристики течения в восходящих низкоскоростных ламинарных осесимметричных факелах пресной и соленой воды в линейно стратифицированной морской воде. Визуализация течения позволила выявить ряд интересных особенностей (рис. 6.9.1). Даже в устойчиво стратифицированной среде восходящий факел индуцирует вокруг себя течение типа тороидальной ячейки (область 3 на рис. 6.9.1,6). Эта ячейка перемещается вверх под действием вязких сил на границе струи. Когда более соленая жидкость движется вверх, все течение в конце концов становится тяжелее окружающей устойчиво расслоенной жидкости. В некоторой точке отрицательная выталкивающая сила становится больше направленной вверх вязкой силы, жидкость поворачивает и течет вниз, создавая в итоге ячеистую структуру. В таких условиях опускающаяся жидкость образует оболочку вокруг струи. Установлено, что [c.415]

В адсорбционных аппаратах с пневматическим перемешиванием вынужденное движение жидкости и поршкообразного активного угля вызывается подводом энергии с потоком воздуха, вводимым в аппарат через распределительное устройство. Физической причиной обмена энергией между пузырьками воздуха и жидкостью является вязкое трение поверхности контакта газовой и жидкой фаз. Пузырьки воздуха, подаваемого через распределительное устройство, всплывают вместе с увлекаемой ими жидкостью, образуя восходящий газо-жидкостный факел, называемый ядром струи. По мере подъема эта струя расширяется вследствие инжектирования жидкости, а также в результате увеличения объема пузырей при их всплывании [50], однако угол расширения струи невелик и составляет около 10—12° [51]. Поэтому непосредственное контактирование воздуха и жидкости происходит в относительно малых областях объема аппарата [51]. По-видимому, это является основной причиной того, что перемешивание газом считается малоинтенсивным процессом, требующим большего расхода энергии, чем при механическом перемешивании [43]. [c.181]

Таким образом, параметром, определяющим влияние тепловой выталкивающей силы на течение, является комплекс Ог /Ке2. При малых величинах Ог /Не х можно найти решение описанным выше методом возмущений. Но вдали от сопла, как сказано выше, пограничный слой рассчитывается численным методом, причем подведенная тепловая энергия и подведенное количество движения задаются в выходном сечении сопла х = 0. В статье [14] рассмотрено такое течение в изотермической или устойчиво стратифицированной окружающей среде. Решение определяющих течение параболических уравнений получено конечно-разностным маршевым методом. В статье рассмотрены и факелы, и восходящие струи. Найдено, что в обоих случаях характеристики течения далеко вниз по потоку стремятся к характеристикам осесимметричного факела, образованного сосредоточенным источником тепла. По мере того как воздействие тепловой выталкивающей силы становится преобладающим, характер течения приближается к течению в тепловом факеле (см. обзоры Листа [22] и Джалурия [17]). [c.200]

Рассмотрим различные механизмы переноса в факелах, как стационарных, так и пусковых, в струях, в термиках и в восходящих струях, которые схематично изображены на рис. 12.1.1. Факелы возникают при непрерывном подводе энергии к жидкости в некоторой локальной области. Выталкивающие силы, действующие в этой области, вызывают течение, которое затем развивается. Оно может быть плоским, если источник энергии линеен , или осесимметричным в случае точечного источника энергии. Термики образуются при мгновенном дискретном или импульсном воздействии выталкивающей силы. Как это показано на рис. 12.1.1, такие течения остаются внутри ограниченного, но возрастающего с течением времени объема жидкости. Передняя часть восходящего факела, распространяющегося в окружающей среде, называется пусковым факелом. Течение вблизи [c.167]

Рис. 12.1.1. Факелы (а), термики (б), пусковые факелы (в), струн (г), восходящие струи (д) и система координат.

При втором подходе стремятся количественно описать поведение течения в целом, а не его детальную структуру. Для этого используются интегральные методы, в которых делается пр ед- положение о форме профилей температуры и скорости, а также об интенсивности и характере вовлечения окружающей жидкости по длине струи. Затем уравнения движения сводятся к обыкновенным дифференциальным уравнениям, которые интегрируются по продольной координате. Более детально такой подход рассматривается в следующих разделах главы применительно к факелам, струям, термикам и восходящим струям с учетом результирующей стратификации окружающей среды. Во всех случаях цель исследований состоит в том, чтобы определить траекторию возникающего течения, захватывающего окружающую жидкость, и проследить за тем, как затухает воздействие выталкивающих сил, вызванных разностью температур и (или) концентраций. [c.170]

Модель 1 справедлива для обычных гйдро янамическйх струй модель 2 справедлива для обычных восходящих факелов модель 3 справйдлйва для восходящих струй, истекающих в неподвижную окружающую среду под разными углами модель 4 аппроксимирует экспериментальные данные, полученные при истечении всплывающей струи, истекающей вертикально вниз в неподвижную окружающую среду модель справедлива для во- сходящих струй, истекающих горизонтально в неподвижную среду модель 6 справедли- [c.177]

В работе [68] рассмотрены характеристики кругового восходящего факела. При ламинарном режиме течения использовалось разложение в ряд относительно точного рещения для Рг= 1,0 и Рг = 2,0. Для турбулентного режима течения применялась модель турбулентной вязкости, позволяющая получить точные решения, при турбулентных числах Прандтля 1,0 и 2,0. Приближенные решения были основаны на этих точных решениях. В работе 1[55] с помощью модели турбулентности Рей-хардта [51] исследовалось смешение струй разных газов с воздухом при истечении в затопленное пространство и проводились измерения параметров струй. В работе [67] описываются эксперименты со струями соленой воды, истекающими вниз в пресную воду. Для изучения эффектов, связанных с поперечным обтеканием, эти струи перемещались в горизонтальном направлении. [c.193]

Для количественного определения расрсода газа в названных трех зонах в соответствующих сечениях были сняты скоростные поля, которые изображены на рис. 20-3 с указанием величины расхода в каждом из них. На том же рисунке изображены линии тока, проведенные так, что расход между двумя соседними линиями составляет 10% от начального расхода газа через горелки Qo. Вихрь в холодной воронке весьма энергичный. В нем расход составляет 85% от начального расхода газа через горелки. В вихре большая часть газов движется по периферии со скоростью, (0,15- 0,2) В о, где —скорость на выходе из горелок. После выхода из сопл по мере распространения струи эжектируют газ из окружающей среды, в результате чего расход в струях увеличивается и у задней стены составляет примерно 205%. В восходящем потоке по мере продвижения расход увеличивается от 122% начального расхода в первом сечении до 161,5% в третьем сечении. Поток, соответствующий основному расходу газа (без расхода в вихре), в общем восходящем потоке занимает ширину, равную 0,29 глубины модели. Верхний вихрь имеет продолговатую форму и занимает пространство у передней стенки топки над факелом вплоть до потолка камеры, а по глубине топки занимает почти две трети ее, ио движение в этом вихре происходит менее интенсивно, чем в нин нем вихре. Поступление газов в факел со стороны нижнего вихря значительно больше, чем со стороны верхнего. [c.424]

Рассмотрим процессы, протекающие при тушении пламени. Для испарения наиболее вяжны размеры капель, скорость их движения относительно газовой среды и температуры среды. Процесс испарения нестационарен, вначале капли при полете нагреваются до температуры кипения, э затем испаряются при постоянной температуре. В зависимости от диаметра капель и температуры среды интенсивность испарения в зоне факела пламени может быть различной. Возможны два предельных случая. Если капли очень малы, а температура среды высока, капли будут испаряться на выходе из распылителя. Образующееся облако паров состава не перекроет всей зоны горения, так как пары галоидуглеводорода будут рассеиваться восходящими потоками продуктов сгорания и тушение будет неэффективным. Если капли очень велики, а температура среды низка, капли пролетят всю зону горения, почти не испаряясь. Эффективность тушения и в этом случае будет незначительной. Размеры капель и скорость их полета определяются конструкцией распылителя. Распылитель должен работать так, чтобы основная часть состава испарялась в факеле пламени. Расчеты и опыты показывают, что этому требованию удовлетворяют центробежные распылители, дающие распыленную струю со средним диаметром капель порядка 200 мк. Было установлено, что а этом случае распыленная струя испаряется в среднем на 70%. [c.108]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология