Турбулентное диффузионное пламя
Cтраница 2
Для правильного понимания рассмотренных выше данных целесообразно четко сформулировать, какие цели ставят перед собой исследователи, работающие в области турбулентных диффузионных пламен, в деле помощи инженеру при конструировании и расчете теплотехнической аппаратуры или реакторов. [16]
Было бы желательно, чтобы в дальнейшем были продолжены исследования химических процессов, а также различных процессов перемешивания, протекающих в турбулентном диффузионном пламени, заключенном между осевой линией струи горючего газа и окружающей атмосферой. Эти исследования должны включать в себя измерения полей концентрации, температуры и скорости, а также, возможно, и пульсаций этих величин в пламени для различных характерных случаев. К ним могут относиться цилиндрические струи горючего газа, распространяющиеся в воздушной среде, коаксиальные струи горючего газа и воздуха, а в случае применения оптических методов исследования - соответствующие плоские системы течений. [17]
Подробные исследования на горелках с принудительной подачей воздуха без предварительного смешения проведены в работе X. Так как в турбулентных диффузионных пламенах смешение газа с воздухом происходит уже после выхода из горелки в камеру, определялся только отрыв пламени. Выявлено влияние различных конструктивных параметров на стабильность факела. Так, например, увеличение диаметра стабилизирующей шайбы при неизменном диаметре внешней трубы приводит к достижению больших скоростей отрыва. Изменение диаметра внешней трубы сопровождается ростом скорости отрыва при больших диаметрах и сдвигом максимума стабильности в область больших избытков. [18]
Другое интересное исследование было предпринято Пауэллом [ 30, стр. Несмешиваемость, имеющая 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. Эти обстоятельства требуют знания скоростей процессов диффузии и химической реакции. Рассмотренная Пауэллом проблема имеет также важное практическое значение при сжигании жидких топлив, так как капли с диаметром 100 мк попадают в зоны смешения с такими же по порядку значений размерами. Размеры каждого из отверстий были подобраны так, что при равных скоростях струй горючего газа и воздуха обеспечивалось стехиометрическое отношение расходов топлива и воздуха. [19]
В заключение раздела, посвященного стабильности пламени, следует отметить скудость экспериментальных данных и отсутствие сколько-нибудь разработанной теории. Отсутствие экспериментальных данных объясняется трудностями лабораторного исследования больших турбулентных диффузионных пламен и тем, что промышленные потребители гораздо больше интересуются явлениями, происходящими в стабильных условиях, чем явлениями, происходящими в случае срыва пламени. Отсутствие теоретического анализа, вероятно, объясняется трудностями сочетания двух областей - диффузионного сгорания и турбулентности, каждая из которых даже раздельно практически мало изучена. Несмотря на это, общая картина достаточно ясна для общего понимания проблемы стабильности пламени. [20]
Диффузионные пламена уже очень давно и широко используются в промышленности: в силовых установках, цементных печах, мартеновских и плавильных печах, печах для термической обработки, в нефтезаводских факелах, камерах сгорания реактивных двигателей и в других аналогичных областях. Тем не менее изучение литературы показывает, что турбулентным диффузионным пламенам, несмотря на их важное промышленное значение, посвящено гораздо меньше научных исследований, чем пламенам предварительно смешанных газов и ламинарным диффузионным пламенам. Однако в цели авторов не входит обсуждение опубликованных работ; эта глава посвящена рассмотрению данных, необходимых для более глубокого понимания природы и методов получения турбулентных диффузионных пламен, а также ознакомлению с различными явлениями, сопровождающими пламена этого типа. [21]
Диффузионные пламена газа ( или распыленного твердого, или жидкого горючего) широко применяются в промышленных топках. Хотя в технике в большинстве случаев приходится иметь дело с турбулентными диффузионными пламенами, значительная часть научных работ относится к ламинарным диффузионным пламенам, более доступным для теоретического анализа и лабораторных исследований. Для конденсированных смесей, где размеры частиц компонентов малы, интерес представляют лишь ламинарные диффузионные пламена. [22]
Экспериментальные исследования и теоретические оценки [1-4] позволили выделить три фактора, оказывающих сильное воздействие на образование NO при турбулентном диффузионном горении: турбулентные пульсации температуры и концентрации, отклонение концентрации реагирующих веществ и температуры от термодинамически равновесных значений из-за конечной скорости химических реакций, потери тепла, обусловленные излучением факела. Цель данной работы - разработка количественной теории процесса образования NO в турбулентном диффузионном пламени, в рамках которой учитываются перечисленные эффекты. [23]
Другое интересное исследование было предпринято Пауэллом [ 30, стр. Несмешиваемость, имеющая 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. Эти обстоятельства требуют знания скоростей процессов диффузии и химической реакции. Рассмотренная Пауэллом проблема имеет также важное практическое значение при сжигании жидких топлив, так как капли с диаметром 100 мк попадают в зоны смешения с такими же по порядку значений размерами. Размеры каждого из отверстий были подобраны так, что при равных скоростях струй горючего газа и воздуха обеспечивалось стехиометрическое отношение расходов топлива и воздуха. [24]
Образующиеся в пламени продукты реакции распространяются в обе стороны от этой границы; топливо и кислород, для того чтобы перемешаться и вступить в реакцию, доляшгл диффундировать в противоположных этим потокам направлениях. Такое общее представление соответствует как ламинарному диффузионному пламени, в котором смешение обусловлено молекулярной диффузией, так и турбулентному диффузионному пламени, в котором быстрое образование молярной смеси, обусловленное крупномасштабным турбулентным переносом, существенно ускоряет образование горючей молекулярной смеси. В одномерном потоке образование стационарного диффузионного пламени невозможно; стационарное диффузионное пламя относительно простой структуры может бить получено как на границе между топливной и кислородной зонами, возникающей при истечении струи горючего газа it неподвижную окислительную среду, так и па границе двух параллельных потоком топлива и окислителя. [25]
В работе [367] не только получен значительный объем данных по турбулентным диффузионным пламенам, формируемым восходящими потоками, но проведен фундаментальный анализ структуры пламен енвванньш на уравнениях сохранения. Одно из интересных заключений, которые были сделаны на основе этого исследования, состоит в том, что в пределах своей высоты турбулентное диффузионное пламя вовлекает гораздо больший объем воздуха ( на 400 % больше), чем требуется для простого сжигания газов горючего. [27]
В заключение следует отметить, что в данной главе была показана возможность моделирования систем сгорания холодными струями. Теоретический анализ в сочетании с подобными опытами на моделях позволяет получить практически ценные результаты, обнаруживающие хорошее соответствие экспериментальным данным, характеризующим большие турбулентные диффузионные пламена, применяемые в промышленных установках. [28]
Уместно перейти к рассмотрению типичных опытных данных по процессам сгорания в струе. Особый упор делается на турбулентные диффузионные пламена вследствие важного их промышленного значения. Пламена предварительно приготовленных топливо-воздушных смесей и ламинарные диффузионные пламена, являвшиеся предметом многочисленных опубликованных в литературе исследований, будут затрагиваться лишь в порядке сравнения. [29]
Страницы: 1 2 3