Турбулентные струи при смешении газов

Как указывалось, расчет турбулентного газового факела может быть выполнен в предположении о тождественности механизма смешения в факеле и турбулентной струе сжимаемого газа и практическом отсутствии химических реакций в объеме факела (диф- [c.163]

Однако следует иметь в виду, что при смешении газов в известные моменты могут возникнуть локальные более высокие пересыщения, особенно в случае турбулентного смешения двух свободных газовых потоков, например при впускании струи горячего пара в холодный атмосферный воздух. Температура и парциальное давление в каждой точке зоны смешения определяются с помощью тех же уравнений. Однако, как показал Амелин , аначение п изменяется от п=0 на границе между зоной смешения я одним газом до п = оо на границе между зоной смешения и другим газом. Поэтому для некоторого значения п — /пая которое МО- [c.32]

В многоструйных смесителях газовые струйки вытекают под углом 90° или близким к этому в поперечно движущийся поток воздуха. Скорость воздуха в этом случае обычно довольно велика (15—30 м/сек). Горелки с типичными конструкциями таких смесителей приведены на рис. У1-1 и 1-21. Смешение газа с воздухом здесь также происходит за счет турбулентной диффузии в пределах смесителя. Минимальные размеры смесителя могут быть получены при наиболее равномерном распределении газовых струй по всему сечепию воздушного потока. Для расчета [c.213]

Мы пытались также изучить картину распределения потоков с помощью зондов, покрытых натриевой солью. На основании этих наблюдений можно предположить, что существует зона смешения, характеризующаяся поперечным потоком и смешением, при этом среда до некоторой степени увлекается струей. В зону смешения газы попадают посредством турбулентной диффузии. Количество газа в зоне рециркуляции, по-видимому, [c.327]

Уравнения (4.32) и (4.33) позволяют рассчитать концентрацию газа в любой точке свободной турбулентной струи. На рис. 22 показано распределение концентраций, рассчитанное на основе этих уравнений. В частности, можно рассчитать положение поверхности, для которой характерен коэффициент избытка воздуха а = 1. Как будет показано ниже, эта поверхность является поверхностью устойчивого положения фронта пламени. Таким образом, знание закономерностей процесса смешения в свободной турбулентной струе позволяет теоретически подойти к расчету размеров факела. [c.69]

Распространение турбулентных струй в основном характеризуется нарастанием толщины зоны турбулентного смешения и изменением профилей скорости, температуры, концентрации истекающего газа и примесей твердых или жидких частиц, а также и других параметров газа в поперечных сечениях струи. [c.100]

В зоне смешения неизотермической струи под влиянием изменения температуры изменяется плотность газа, т. е. в данном случае имеется струя сжимаемого газа. Полагая, что механизм турбулентного расширения неизотермической струи является таким же, как и изотермической струи, соотношение для интенсивности расширения газовой струи в зависимости от параметров потока на границах зоны смешения, на-зываемое уравнением распространения струи, можно выразить соотношением (7-7) при подстановке в него выражения для градиента скорости [c.112]

При изучении полей средних величин и интегральных характеристик можно отказаться от анализа тонкой структуры зоны горения и рассматривать турбулентный гомогенный факел как свободную турбулентную струю с сосредоточенным на фронте пламени источником тепловыделения. В соответствии с этим в поле течения гомогенного факела можно условно выделить три области, отвечающие соответственно зоне горения (конечной или бесконечно малой толщины), зоне смешения свежей смеси и продуктов сгорания и зоне смешения инертного газа (или избыточного окислителя) и продуктов сгорания. Возможность такой схематизации гомогенного факела определяется спецификой экзотермических реакций — локализацией горения в узком интервале температур — и расширением под воздействием турбулентных пульсаций не только зоны горения, но и всей области турбулентного перемешивания. В таком приближении аэродинамика ламинарного и осредненного турбулентного факелов, в принципе, одинакова, хотя и резко различается количественно. [c.118]

Как показывают измерения, в турбулентном факеле однородной смеси, как и в свободных струях, расход увеличивается линейно по длине факела. При горении наблюдается некоторое уменьшение прироста присоединенной массы по сравнению с изотермическими струями. Это связано с уменьшением интенсивности смешения при истечении струи плотного газа (струи свежей смеси) в более легкий газ (продукты сгорания). [c.131]

Поверхность воспламенения факела в химически однородной среде в большинстве случаев достигается внутри ядра струи. Формирование ядра факела, образуемого при раздельной подаче газа и воздуха (химически неоднородная среда), связано с процессом перемешивания газа с воздухом. Определяющую роль в этом случае играют диффузионные свойства газов и законы перемешивания. Так как горение диффузионного пламени определяется процессом смешения газа и воздуха, скорость смешения играет большую роль в формировании процесса диффузионного горения. Процессы смешения в ламинарном и турбулентном потоках происходят по-разному. Поэтому теории [c.55]

Введение дросселя в сопло при неизменном расходе увеличивает скорости истечения газа, повышает турбулентность струи, что приводит к улучшению процессов смешения газа с воздухом, сокращению длины факела, повышению температуры и теплонапряженности факела. За счет того, что угол раскрытия струи мал, а скорости в ней большие, дальнобойность факела достаточно большая. Следовательно, повышение температуры и теплонапряженности факела в основном происходит в зоне кальцинирования. Химический недожог отсутствует при а 1,04. [c.120]

В первой работе была найдена численная концентрация тумана N, образующегося в турбулентной струе в результате смешения паро-газовой смеси с более холодным инертным газом (гл. ill). На основании полученных данных по уравнению (1.28) определялась величина I, а затем по уравнению (1.53) вычислялось поверхностное натяжение которое затем сравнивалось с величиной поверхностного натяжения, приведенной в табл. 3.5. [c.45]

Смешение струй осуществляется путем как молекулярной, так и турбулентной диффузии. Чем больше турбулентность потока смешивающегося газа, тем быстрее идет смесеобразование, тем меньше отстает подача окислителя и тем позднее сказывается ограничение химического процесса. [c.107]

На рис. 1з показаны данные по смешению газа в спутных струях различной плотности, отчетливо характеризующие определяющее значение разности величин д для турбулентного смешения газа. Из рисунка видно, что смешение минимально [c.163]

В [78] подробно рассмотрены процессы образования пересыщенного пара и аэрозоля при адиабатическом расширении газовой смеси, при лучеиспускании, при турбулентном смешении газов (в частности, в турбулентной свободной струе парогазовой смеси), в результате диффузии, теплопроводности, химических реакций, а также процессы образования монодисперсного аэрозоля на искусственных ядрах конденсации в различных генераторах (см. также [50]). [c.52]

В этих формулах (полученных И. Л. Вулис и автором) первые члены характеризуют градиентный перенос, вторые (одного порядка величины с первыми) — конвективный за счет поперечной скорости. В простейших случаях (автомодельные струи — источники) расчет по этим форму лам дает тот же результат, что и по известным формулам Прандтля теории пути смешения. В общем случае их достоинство в применимости к не автомодельным течениям (в том числе сжимаемого газа, для которого выражения и по существу, неизвестны даже и для автомодельных турбулентных струй). [c.14]

Важным средством увеличения коэффициента эжекции является установка сопла на оптимальном расстоянии от входа в камеру смешения. Оптимальное расстояние достигается в том случае, когда свободная турбулентная струя точно вписывается во входное сечение цилиндрического участка камеры смешения. Величина потерь в струе пассивного газа в этом случае получается наименьшей, а величина секундного расхода газа — наибольшей. [c.88]

Для быстроты завершения реакции горения надо применять высокие скорости газа и воздуха, повышать турбулентность потока и коэффициент структуры факела а. Улучшение смешения газа и воздуха достигается разбивкой потока газа на ряд струй с помощью вставок, создания вихревого движения газа и воздуха, двухступенчатого подвода воздуха и высоких скоростей движения воздуха. Наиболее радикальной мерой являет- ся примене]ше предварительного смешения газа и воздуха. При высокой [c.210]

Опыты по исследованию струй сжимаемого газа и диффузионного факела показывают также, что встречающееся в зарубежной литературе [Л. 16 54, 591 утверждение об определяющей роли ри в процессе турбулентного смешения не имеет достаточных оснований. [c.91]

На рис. 2.10 показана схема дозвуковой свободной струи в безграничном пространстве и в поле скоростей для нескольких ее сечений. В выходном сечении рабочего сопла струя имеет равномерное поле скоростей. При течении через пространство, заполненное средой с теми же физическими свойствами, что и у струи, в результате турбулентного перемешивания сред происходит увлечение струей частиц жидкости или газа из этого пространства. Частицы рабочей струи, вытекающей из сопла, вместе с частицами увеличенной (инжектируемой) среды образуют турбулентный слой смешения, толщина которого растет в направлении течения. [c.67]

Для получения сажи при турбулентном горении, так же как и при горении с диффузионным пламенем, необходима организация фронта горения, т. е. подача предварительно не смешанных струй газа и воздуха. При предварительном смешении газа н воздуха, как и прп микродиффузионном горении жидкого сырья, сажа вообще не получается. [c.15]

Кинетические и диффузионные пламена. Сжигание жидких углеводородов осуществляется с обязательным предшествующим испарением и, следовательно, с образованием диффузионного пламени, которое по своему характеру может быть турбулентным и светящимся, а сжигание газообразных углеводородов может осуществляться в двух совершенно отличных друг от друга типах горелочных устройств. При сжигании с предварительным смешением в устройствах осуществляется предварительная (до воспламенения) подготовка смеси первичного воздуха с топливным газом. Степень перемешивания различна от нескольких процентов до 100 % сте-хиометрической смеси. Диффузионное горение возникает при взаимодействии струи газа с окружающей атмосферой, когда весь необходимый воздух поступает непосредственно во фронт горения пламени до перемешивания с газом. Горючие газы и кислород должны диффундировать в противоположных направлениях из зоны горения и в нее. Вполне понятно, что устойчивость такого пламени будет тем выше, чем дольше сохраняется неизменным соотношение газ—окислитель, а сжигание в нем тем полнее, чем больше в топливе легких углеводородов (в этом случае необходимое соотношение газ—воздух достигается быстрее и легче, чем при сжигании углеводородов с более сложными и тяжелыми молекулами). На практике в атмосферном воздухе по этой схеме могут сжигаться только водород и метан. Во всех других случаях, если не осуществлять предварительной подготовки, будут наблюдаться интенсивная турбулентность в пламени, шум и неполное горение с образованием углерода. [c.100]

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]

Температура вытекающего газа и окружающего пространства одинакова. Вследствие турбулентности отдельные молярные объемы газа попадают за пределы струи и передают окружающему газу свою энергию (количество движения). На место выбывших из струи объемов газа в струю проникают молярные объемы из окружающего пространства, подторма живая граничные слои потока. По мере удаления струи от сопла в движение вовлекается все большее количество окружающего струю газа-вследствие чего масса струи н ее ширина увеличиваются, а скорость у границ падает. Область, в которой происходит смешение активного потока с газом из окружающего пространства, носит название турбулентного [c.62]

Протекание горения газа зависит не только от подготовки смеси, ио и от условий, в которых развивается факел, например в атмосфере илн в топке. Если турбулентн-ая газовая струя свободно вытекает из отверстия горелки в неподвижный воздух атмосферы,, то схему диффузионного факела можнр представить рис. 6.1. Струя газа образует конусообразное ядро окруженное смесью газа и продуктов горения, заполняющей зону 2. Воздух, необходимый для горения, подходит к факелу снаружи, и поэтому в зоне 4 находится смесь продуктов горения с преобладающим количеством воздуха. Интенсивное горение идет в зоне 3, и поэтому в ней содержание продуктов горения наибольшее. В этой зоне количество воздуха близко к теоретически необходимому для сгорашш, но, несмотря на это, здесь успевает сгореть только 65% газа, и горение продолжается в зоне 4. Однако и в зоне 4, несмотря на большое количество воздуха, горение может не завершиться полностью из-за недостаточно хорошего перемешивания его с газом, и по мере удаления от зоны 3 продукты неполного сгорания попадают в области с низкими температурами, где горения уже быть не может. Уменьшить химический недожог или свести его к нулю можно главным образом путем улучшения смешения газа с воздухом до выхода смеси в зону горения. [c.260]

Подача части воздуха по наружному каналу двухпроводной горелки дополнительно интенсифицирует процесс смешения газа с воздухом, так как скорость воздуха, вытекающего из горелки, обычно составляет 40—60 м1сек, что увеличивает коэффициенты турбулентной диффузии и турбулентного обмена первичного воздуха с газовой струей. Однако это не устраняет необходимости полного смешения несгоревшей большей части газа со вторичным воздухом. [c.54]

Заметим, что наличие поверхностей фронта пламени и практическое отсутствие реакции в объеме факела роднит последний по протеканию процессов переноса (движение, тенло- и массообмен) с турбулентной струей, а по организации горения — с гетерогенным процессом. В последнем (горение угля, или газовая реакция на катализаторе) задана поверхность горения в газах местоположение ее является одной из главных задач расчета. Существенно, что диффузия может протекать не только с двух противоположных сторон фронта пламени, а и с одной стороны его. Последний случай аналогичен газовой реакции на твердом катализаторе, к поверхности которого диффундируют неперемешан-ные вдали газы. Он характерен, в частности, для камер сгорания газовых турбин. В центре камеры обычно расположена созданная завихрителем (или стабилизатором) зона рециркуляции, заполненная продуктами сгорания. К расположенному вблизи поверхности зоны фронту диффундируют оба компонента — нене-ремешанные между собой пары топлива и кислород воздуха. Хотя смешение компонентов происходит в процессе диффузии, молекулярное смешение достигается, как и всегда нри диффузионном горении ненеремешанных газов, лишь на самом фронте. [c.158]

НИИ метода прямого окисления азота из воздуха. В работе [251 показано наличие градиента концентраций ацетилена по сечению реакционного канала в процессе пиролиза метана в водородной плазме. Снижение концентрации ацетилена по оси реактора свидетельствует о несовершенной организации смешения холодной струи метана с высокотемпературной водородной плазмой. Недооценка газодинамических факторов приводит к снижению среднемассовой концентрации получаемых продуктов в плазме. В условиях протекания плазмохимических процессов смесительные устройства, реализуюпще принцип взаимодействия турбулентной свободной струи с окружающей средой [1, 43, 59] оказываются недостаточно эффективными. При смешении струй в поперечном потоке [8, 42, 76] трудно создать равномерное распределение их по сечению, так как струи тяжелого газа обладают большей инерцией движения, что особенно важно при изменениях (колебаниях) расхода этого газа. Затруднительна в этом случае и защита стенок смесителя от перегрева. В интенсивных смесителях, снабженных завихрителями, турбулизаторами, порогами, сужениями и т. п. [69, 70], нельзя избежать перегрева стенок, либо больших тепловых потерь. [c.49]

Б многоструйных смесителях газовые струйки вытекают под углом 90° или близким к этому в поперечно движупщйся поток воздуха. Скорость воздуха в этом случае обычно довольно велика (15—30 м/сек). Горелки с типичными конструкциями таких смесителей приведены на рис. 20 и 22. Смешение газа с воздухом здесь также происходит за счет турбулентной диффузии в пределах смесителя. Минимальные размеры смесителя могут быть получены при наиболее равномерном распределении газовых струй по всему сечению воздушного потока. Для расчета смесителей с периферийным или центральным подводом газа может быть использована достаточно простая методика, предложенная Ю. В. Ивановым [46]. По данным Ю. В. Иванова относительная глубина проникновения газовых струй в поперечный поток воздуха равна [c.114]

Авторы работы [9] исследовали смешение в реакторе, в котором холодные газы вводились перпендикулярно к движущемуся осевому потоку плазмы. С помощью шлирен-метода получено уравнение оси холодной струи в сносящем плазменном потоке. На основании теории свободной турбулентной струи выведена зависимость для длины зоны перемешивания и установлено, что физические свойства перемешивающихся сред не влияют на нее. [c.181]

К настоящему времени на основе многочисленных экспериментальных и теоретических исследований в основном сложилась нолу-эмпирическая теория турбулентных струй, опирающаяся на закономерности автомодельных движений несжимаемоей жидкости. Однако ограниченные возможности этой теории не могут в полной мере удовлетворить непрерывно растущую потребность современной техники в решении новых задач, связанных с неавтомодельными течениями, смешением сжимаемых газов, а также со сложными формами струйного взаимодействия с потоками и различного рода препятствиями. Этим и объясняется большой интерес к исследованию сложных турбулентных течений газа, который стал особенно заметен в последнее время. [c.26]

Течение активного газа имеет турбулентный ха1рактер, благодаря чему отдельные небольшие объемы активного газа имеют не только осевое, но и беспорядочное поперечное перемещение. Выходя за пределы активной струи, такие объемы взаимодействуют с пассивным газом, передают ему часть своего движения и заставляют его перемещаться вдоль камеры смешения. При этом пассивный газ также внедряется в струю активного газа и способствует выравниванию всех параметров по поперечному сечению потока. [c.15]

Было бы желательно, чтобы в дальнейшем были продолжены исследования химических процессов, а также различных процессов перемешивания, протекающих в турбулентном диффузионном нламени, заключенном между осевой линией струи горючего газа и окружающей атмосферой. Эти исследования должны включать в себя измерения нолей концентрации, температуры и скорости, а также, возможно, и пульсаций этих величин в пламепи для различных характерных случаев. К ним могут относиться цилиндрические струн го])ючего газа, распространяющиеся в воздушной среде, коаксиальные струи горючего газа и воздуха, а в случае применения оптических методов исследования — соответствующие плоские системы течений. Желательно, чтобы степени турбулентности потоков до смешения можно [c.336]

Другое интересное исследование было предпринято Пауэллом [30, стр. 154]. Несмешиваемость, имеюш ая место в турбулентных диффузионных пламенах (о ней упоминалось выше при рассмотрении структуры турбулентных диффузионных пламен), приводит к рассеиванию перемешанных между собой молей топлива и окислителя, однако не в достаточной для протекания реакции степени. Конечная стадия зависит от молекулярного смешения. Величина масштаба несмешиваемости часто, по-видимому, имеет тот же по])я-док, что и толщина зоны реакции (для диффузионных пламен с кислородом — около 2 мм, см. рис. 95 и [33]). Эти обстоятельства требуют знания скоростей процессов диффузии и химической реакции. Рассмотренная Пауэллом проблема имеет также важное практическое значение нри сжигании жидких топлив, так как капли с диаметром 100 жк попадают в зоны смешения с такими же по порядку значений размерами. С физической точки зрения изученный Пауэллом случай представлял собой ламинарное диффузионное пламя над слоистой горелкой , т, е. горелкой, состоящей из длинных и узких располо- .квнпых поочередно отверстий, через которые подавались горючий газ и воздух. Размеры каждого из отверстий были подобраны так, что при равных скоростях струй горючего газа и воздуха обеспечивалось стехиометрическое отношение расходов топлива и воздуха. Масштаб несмешиваемости характеризовался шириной одной пары отверстий для топлива и воздуха. Эта ширина выбиралась из условия, чтобы по величине она была того >ке порядка, что и ширина зоны реакции. Рассматриваемая задача представляет собой задачу В двух измерениях, причем определяющими для нее размерами являются высота над отверстиями и расстояние в направлении, перпендикулярном к плоскости слоев. В цитируемой работе представлено и математическое решение проблемы. Основной результат состоит в том, что значение высоты, на которой сгорает 90% топлива, равняется произведению начальных скоростей струй на сумму двух членов, которые пропорциональны соответственно характеристическому времени реакции tr и характеристическому времени смептения [c.338]

Различный выход окислов азота при одной и той же нагрузке котлоагрегатов можно объяснить тем, что у горелок ГМГБ выдача струй газа производится от периферии к центру в закрученный поток воздуха с повышенной интенсивностью крутки, т. е. иначе, чем у горелок ГМГ. Благодаря этому создается лучшая степень предварительного смешения, факел получается более однородным и коротким с повышенной интенсивностью выгорания топлива. Температурное поле в таком факеле выше, что и создает более благоприятные условия для образования окислов азота. У горелок ГМГ-5,5/7 выполнена центральная выдача струй газа в осевом направлении в закрученный поток воздуха, предварительное смешение газа с воздухом хуже, факел более неоднороден и несколько растянут, температура в таком факеле ниже и соответственно меньше выход NO . Горелки ГМГ-7М с комбинированной выдачей струй газа (в осевом направлении и от центра к периферии) в закрученный поток воздуха создают лучшее предварительное смешение, однако интенсивность турбулентности воздушного потока у них несколько ниже чем у горелок ГМГБ-5,6, но в то же время несколько выше, чем у ГМГ-5,5/7. Поэтому концентрация NOx у них занимает промежуточное значение. [c.185]

Обобщение профилей давления и тангенциальной скорости возможно при соотнесении их к соответствующим характерным значениям, например, вблизи стенки. Надо сказать, что при обобщении профиля тангенциальной скорости в периферийной зоне в виде степенной зависимости (где гЗ=ы/Уо -г/го Х о.ио- некоторые характерные значения радиуса и скорости А - постоянная) показатель степени а может изменяться от 0,4 до 1. Определяется это турбулентными характеристиками вращающегося газа [2], что в свою очередь зависит от параметров закручивающего аппарата и степени шероховатости внутренней поверхности камеры. Чем меньше эффективный диаметр тангенциальных отверстий, тем меньше показатель степени а, т.е. тем более характер изменения тангенциальной скорости по радиусу отличается от потенциального закона. В сечениях камеры, близких к месту ввода газа, в периферийной зоне может иметь место падение тангенциальной скорости с уменьшением радиуса т.е. а становится отрицательным. Это объясняется затянувшимся процессом расширения и смешения истекающих из закруточных отверстий газовых струй и проявляется в большей степени при неравномерной подаче газа по окружности камеры, а также при малых относительных площадях отверстий ввода газа. [c.52]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология