Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
В соответствии с методикой расчета В. Г. Лисиенко стехиометрическая длина факела в условиях свободной струи (при наличии облегающего воздушного потока и действии подъемных архимедовых сил) может быть определена по формуле:
30
-1+J1 +
Агф D0
Dn
Ar,
(4.13)
где D — диаметр выходного сечения топливного сопла, м; lj — стехиометрическая длина факела без учета действия подъемных сил (при Агф —> оо); Агф
__модифицированный критерий Архимеда для факела; — геометрический
критерий
=-
12
vA> J
1 L ,
+——+1.
2 Dn
Величина I определяется по уравнению
1 = 1 тК„
сх сх J7
(4.14)
(4.15)
где /сх“ — стехиометрическая длина свободного факела при отсутствии облегающего воздушного потока (потока окислителя)
1 /Оп = К ECJC ;
сх 0 св 0 сх’
(4.16)
Кся — коэффициент, зависящий от структуры скоростного и концентрационного полей в выходном сечении сопла, при коэффициенте турбулентной структуры факела а = 0,072 и kjk =1,16 (kw и kc — коэффициенты неравномерности полей скорости концентраций в выходном сечении сопла) Ксъ « 5,7, для равномерного поля скоростей и концентраций Ксв = 6,61; S — критерий нерав-ноплотности струи
1 +
0,63(0 -1)Сс:
сп
Уф
уф.
е
(4.17)
начальная и стехиометрическая массовая концентрация топлива,
кг/кг; у|/ф — фактор неравноплотности, вызванной горением:
~ ^(Р/Рф.тщ)’
(4.18)
Рн — плотность негорящей струи; рфт.п — минимальная плотность в факеле при горении; хф — коэффициент, равный 0,6-0,8; 0 — фактор начальной неравноплотности струи
i
31
0 = Р/Ро’
(4.19)
(рв и р0 — плотности воздуха (окислителя) и горючего газа при действительных условиях); Kj — фактор, учитывающий влияние импульса облегающего потока
К,=-r==L_=; (4.20)
V l + (fnBwBlmrw0)
тя и тг — массовые расходы облегающего воздушного потока (окислителя) и топлива; и>в — скорость облегающего потока. В формуле (4.17) приближение для S получено для высококалорийных топлив.
Для газового факела при отсутствии предварительного перемешивания топлива с окислителем в горелке
с^в = 1о0р+1, (4.21)
где Ln — теоретически необходимое для полного сгорания топлива количе-
3 3
ство окислителя (воздуха), м /м (при нормальных условиях); 0р = рв0/рг0 — отношение плотности воздуха к плотности газа (при нормальных условиях)
— фактор молекулярной неравноплотности.
Тогда из формулы (4.16)
Св/А,=*свЗ(А,ер + 1). (4-22)
При наличии облегающего воздушного потока (потока окислителя) модифицированный критерий Архимеда для факела Агф находится по формуле:
дг =Л_______Ро___!1j2_ = _Lq fr (4 23)
ф v2 г» -7? оГ> к1 ф ф’ К
Рв Рф s^o j
где рв, рф и р0 — плотность окружающей среды, средняя плотность газов в факеле и начальная плотность при истечении из сопла; w() — начальная скорость истечения из сопла; g — ускорение силы тяжести, м/с2; число подобия
(критерий) Фруда для факела
ргФ = w0VV (4М)
Вводя новый комплексный критерий влияния подъемных сил на факел
n = Arft/Zb, (4.25)
32
представим формулу (4.13) в виде:
А
-1 +
(4.26)
Из формулы (4.26) видно, что влияние подъемных сил на факел проявляется через сложный критерий Р , куда входит, кроме критерия Фруда, разность плотностей воздуха (окислителя) и факела, коэффициент, учитывающий скорость облегающего потока Кг и геометрический параметр Z , учитывающий величину продольной координаты — стехиометрической длины факела.
Определив значение 1а, через коэффициент Рф можно перейти к значению полной длины факела:
(4.27)
Аэродинамические формулы (4.13), (4.16), (4.17) и (4.26) определяют многие факторы, влияющие на длину факела, в частности, в них отражено влияние скорости истечения газа на длину факела (через фактор 1|/ф и критерий
V
В эмпирических формулах для длины свободного факела обычно использовали, кроме модифицированного критерия Фруда (введенного П. В. Левченко и Б. И. Китаевым), еще теплоту сгорания топлива. В аэродинамических же формулах (4.16) и (4.26) фигурирует видоизмененный критерий подъемных сил, факторы концентрации С()/Ссх и неравноплотности. Таким образом, мостика от эмпирических формул по длине факела к аэродинамическим не было проложено. Вместе с тем, от эмпирических формул по расчету длины факела целесообразно перейти к аэродинамическим полуэмпирическим формулам, обрабатывая данные опыта с использованием найденных аэродинамических комплексов и критериев.
В. Г. Лисиенко, В. М. Седелкиным и Л. И. Шибаевой были обработаны данные по длинам факелов многих газов, в том числе и водорода, в широком диапазоне критерия Ргф = КУч-Ю6 и были получены эмпирические формулы, в которые входят уже чисто аэродинамические параметры. Наиболее удачно имеющиеся данные по длине факела обобщены при введении в рассмотрение критерия Аг и стехиометрической длины факела (/ CB/D0 = 20-г-200; Аг =
= 6-102-2-ю1:
/фЮ0=1,74Аг;17(СЮ0Г, (4.28)
где величина рассчитывается по формулам (4.16) и (4.17) (без учета
действия подъемных сил), а критерий Агф — по формуле (4.23) при Kj = 1.
2. Лисиенко В.Г. и др.
33
Для свободного факела в соответствии с формулой (4.23)
Рр^Рв _ Рр/Рв ~ 3 з!
(4.29)
При этом в формулах (4.16) и (4.17) принимались значения К№ = 5,7; = 2,8 и
