Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Коэффициент Ксв = 5,7 в формуле (4.16) был получен при определенном коэффициенте турбулентной структуры струи и определенной структуре скоростного и концентрационного полей в выходном сечении сопла. При этом получается, что угол раскрытия струи р = 27°40', а поле концентраций в поперечных сечениях струи связано с полем скоростей соотношением
где пс = 0,5 — турбулентное число Прандтля; с и w — соответственно концентрация топлива и скорость на расстоянии у от оси струи; ст и wm — то же, на оси струи.
Фактически же двухфазная струя формируется пневматическими форсунками, в которых используются высокие и даже сверхзвуковые скорости распылителя, применяются смесительные устройства и, естественно, условия формирования струи могут отличаться от эталонных условий, указанных выше.
Величина К могла бы быть скорректирована на основании знания структуры скоростного и концентрационного поля в выходном сечении сопла. Однако, например, для форсунок высокого давления получение этих величин сопряжено со значительными трудностями, хотя качественную картину распределения жидкого топлива на выходе из сопел удавалось наблюдать.
Реально же осуществим путь корректировки величины коэффициента Кт путем непосредственного изучения углов раскрытия струй, а также полей скоростей и концентраций в поперечных сечениях струй, создаваемых форсунками.
В общем случае (при любой величине р и п ) коэффициент Ка можно скорректировать по приближенному выражению
с/ст =(w/wj"‘-
(4.42)
К.
0,09ctgp/2
(4.43)
СВ
J[l ~(y/Rf2]2ine+l\y/R)d(y/R)
о
39
Из этой формулы следует, что при увеличении угла раскрытия струи и уменьшении величины пс, т.е. при уменьшении неравномерности поля концентраций величина Ка, а следовательно, и 1сх уменьшается.
Таким образом, для использования расчетных формул необходимо знать, какое поле концентраций топлива в струе и какой угол ее раскрытия дает та или иная форсунка или горелка. Коэффициент, корректирующий расчетную формулу, включен в качестве дополнительного сомножителя в величину К [см. формулу (4.31)] как коэффициент, характеризующий аэродинамические особенности двухфазной струи данного типа форсунки или газомазутной горелки, который будет равен
К =К /5,7.
(4.44)
Для улучшения процессов распыливания и создания эффективного мазутного факела были рекомендованы мазутные форсунки УГТУ-УПИ с центральной и периферийной подачей топлива и выхлопными трубами (рис. 4.14, а и б) и газомазутная горелка форсунка с выхлопными трубами по обеим ступеням распыливания (рис. 4.14, в).
4 "-4--
Р.
Р -Т— Р-р-
V, V
11 1 ! к ? С)
/ у —V-
3
1 - в
Рис. 4.14. Схемы исследованных форсунок высокого давления с выхлопными трубами:
Т— топливо; Р — распылитель; а — периферийная подача топлива (форсунка УПИ-К); б — центральная подача топлива (форсунка УГТУ-УПИ-Л); в — газомазутная горелка-форсунка с двухступенчатым распыливанием (УГТУ-УПИ-Л):
1 — сопло Лаваля; 2 — выхлопная труба; 3 — выхлопная труба первой ступени рассеивания; 4 — выхлопная труба второй ступени рассеивания
40
Для газомазутных горелок суммарная длина выхлопных труб по обеим ступеням распиливания /тр = /тр' + /тр" рекомендована равной /тр = 8-10D р". Оптимальная относительная длина /трЮтр выхлопной трубы форсунок с переферий-ной или центральной подачей топлива рекомендована в пределах IJD = = 54-10. В этом случае топливо более равномерно распределяется по сечению струи, чем у эталонной струи, и обеспечиваются наибольшие скоростные характеристики струи. Для этих форсунок величина Кдв = 0,8-Ю,9. При отсутствии выхлопной трубы у форсунок с центральной подачей топлива (рис. 4.14, б) факел удлиняется, при этом Кдв > 1,1. В частности на принципе изменения длины выхлопной трубы форсунки УПИ-Л с центральной подачей топлива и было предложено регулирование длины мазутного факела (см. рис. 4.14, б).
Оценка стехиометрической длины мазутного факела позволяет оценить протяженность зоны перемешивания топлива с окислителем и выйти на определение полной длины мазутного факела. Однако при этом остается проблема оценки роли горения собственно капель жидкого топлива и его возможного влияния на протяженность отдельных зон факела.
При этом исследователи пришли к выводу, что в зависимости от скорости движения струи, дисперсности топлива и протяженности фронта пламени горение капли в струе может протекать двумя различными путями.
1. Относительно мелкие капли могут полностью испаряться и смешиваться вследствие диффузии с воздухом в зоне предварительного нагрева установившегося фронта пламени, если его размеры достаточно велики. В этом случае закономерности горения струи распыленного топлива весьма близки к закономерностям горения газа.
2. Крупные капли могут пройти через фронт пламени (особенно если его размеры малы, а скорость струи велика), лишь частично испарившись в зоне подогрева. В этом случае вокруг каждой капли устанавливается диффузионное пламя, а толщина общего фронта пламени будет увеличена — он будет как бы размыт.
Результаты многих исследований показывают, что процесс горения капель тяжелых жидких топлив состоит из следующих основных стадий: прогрева и испарения капель, воспламенения и горения паров топлива с одновременным пиролизом (термической диссоциацией) тяжелых углеводородов в паровой фазе и выпадением свободного углерода и, наконец, прогрева и выгорания углеродного остатка (сажи).
