ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диффузионное горение газа из "Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках" При диффузионном сжиганш газа интенсивная химическая реакция возникает в тех местах, где молекулы реагентов встречаются друг с другом при высокой температуре. Фронт, пламени устанавливается в тех точках горящей струи, где движущиеся (диффундирующие) навстречу друг другу потоки реагентов находятся в стехиометрическом соотнощении [Л. 8—10]. Наиболее простым видом диффузионного горения является свободный факел, представляющий собой струю газа, горящую в пространстве, заполненном окисляющей средой (воздухом). Прп этих условиях смешение газа с воздухом осуществляется не в отдельном смесителе, а в том же пространстве, где происходит процесс горения. [c.9] Вследствие недостаточной однородности смеси процесс горения в зоне 4 может не завершиться и продукты неполного сгорания попадут в хвостовые (низкотемпературные) области факела, где догорание становится невозможным. В силу этих причин чисто диффузионное сжигание газовых струй в открытом факеле обычно сопровождается некоторой потерей тепла от химической неполноты сгорания и проникновением продуктов неполного сгорания (окиси углерода и др.) в окружающую среду. [c.10] Смешение газа и воздуха в зависимости от характера их 7 вижения (ламинарного или турбулентного) происходит либо путем только одной молекулярной диффузии (за счет теплового движения молекул), либо путем турбулентной диффузии. В последнем случае турбулентный массообмеи, происходящий между газовым потоком и воздухом (будь то неподвижная воздушная среда или спутный воздушный поток), интенсифицирует процесс смешения, так как перенос реагирующих масс происходит путем взаимопроникновения довольно больших газовых объемов (молей), отличающихся друг от друга величиной и скоростью, а также направлением движения. [c.10] При истечении (ламинарном или турбулентном) газа из сопла (или из какого-либо отверстия) смешение имеет довольно сложный характер. При ламинарном истечении газа в атмосферу неподвижного воздуха между граничными слоями движущейся струи и окружающими ее слоями воздуха возникает трение. Под действием сил трения наружные слои струи подтормаживаются, а прилегающие к струе слои неподвижного воздуха вовлекаются в движение. Таким образом, происходит молекулярная диффузия воздуха в газовые слоц и газовых молекул в воздушную среду. По мере удаления от выходного сечения сопла скорости по сечению струи падают, а количество иодмешавшегося к струе воздуха постепенно возрастает. [c.11] Теоретически и экспериментально наиболее хорошо изучена свободная (затопленная) турбулентная струя [Л. 11]. Этим термином принято называть струю, которая не ограничена твердыми стенками и распространяется в среде, имеющей те же физические свойства, что и вещество струи. Скоростное поле потока в выходном сечении сопла при выводе закономерностей развития свободной струи условно считают равномерным. Другими словами, предполагается, что профиль распределения скоростей по всему выходному сечению плоский. [c.11] В несколько упрощенном виде характер постепенной перестройки профиля скоростей по длине свободной турбулентной струи показан на рис. 1-2. В такой струе движущиеся вихревые массы, непрерывно перемещаясь из граничных областей струи в окружающую среду и обратно, создают турбулентный обмен импульсами между струей и неподвижной жидкостью. По мере удаления от выходного сопла масса струи растет, ширина ее увеличивается, скорость убывает. Ядро постоянных скоростей быстро сужается, тогда как окружающий ядро турбулентный пограничный слой, где скорости монотонно падают до нуля, непрерывно расширяется. На расстоянии /нач от среза сопла пограничный слой распространяется на все сечение струи, т. е. начинается падение скорости в центре струи. Внешние границы свободной струи имеют постоянный и весьма ограниченный центральный угол раскрытия. При обычной начальной турбулентности величина этого угла составляет от 15 до 22°. [c.11] Произведению кйо, где о — диаметр выходного сечения сопла к — коэффициент, зависящий от степени неравномерности начального профиля скорости струи (обычно й = 4- 6). Одним из основных свойств свободной струи является постоянство статического давления во всей области течения, вследствие чего скорость в ядре струи остается постоянной. Основной участок начинается вслед за переходным, в котором происходит перестройка течения. Размывание струи за пределами начального участка выражается не только в ее утолщении, но также и в изменении скорости вдоль ее оси. Профиль скорости в основном участке соответствует течению из линейного источника. [c.12] Рассматривая IV и V факелы молено видеть, как хвостовая часть пламени постепенно теряет четкость своего очертания и становится размытой, так как горение в этой части факела становится турбулентным. По мере дальнейшего увеличения скорости газового потока общая длина факела несколько уменьшается, причем ламинарный (нижний) участок пламени укорачивается, а турбулентный — увеличивается. Эта картина характерна для переходной области. [c.13] Переход от ламинарного к турбулентному горению струи газа в атмосфере неподвижного воздуха наблюдается для водорода при значениях числа Рейнольдса около 2200, для городского газа — в интервале от 3700 до 4000, для окиси углерода — порядка 4750, для пропана и ацетилена — в интервале от 8900 до 10 400. Приведенные числа Кекр вычислены с учетом вязкости и плотности газа в сопле при комнатной температуре. Эти данные следует рассматривать как чисто ориентировочные, по которым можно приблизительно указать область чисел Ре, в которой возможен- переход ламинарного диффузионного горения в турбулентное. Тот факт, что указанный лереход для большинства исследованных газов наблюдается при значениях Не, превышающих 2000— 2200, связан, по-видимому, с влиянием выделения тепла на вязкость и плотность вытекающего из сопла сжигаемого газа. Авторы исследования подчеркивают, что разброс полученных критических значений -связан с влиянием размеров сопла. [c.13] На рис. 1-4 семейство кривых пересекает пунктирная линия, которая условно разграничивает области ламинарных (А) и турбулентных (Б) режимов. В области А все кривые обнаруживают быстрый рост длины факела с увеличением расхода газа. [c.14] При турбулентных режимах закономерности изменения длины факела от скорости газа неодинаковы для различных диаметров насадки. Так называемый автомодельный режим наблюдается только в случае насадок сравнительно малого диаметра (10 мм). По мере же увеличения ( 0 факел все сильнее удлиняется с повышением скорости истечения газа. [c.14] Зависимость длины свободного диффузионного факела от скорости истечения природного газа исследовалась В. Г. Лисиенко. При изме 1е-нии скорости истечения с 10 до 210 м/с относительная длина пламени /ф/й о увеличивалась более чем в 2 раза. [c.14] Рассмотрим гипотетическую модель строения свободного диффузионного факела, условно разделив длину факела на две зоны. В первой зоне происходят в основном процес-ты турбулентного смешения газа с воздухом и воспламенения образовавшейся смесп. Для второй (последующей) зоны характерны более медленные процессы догорания. В этой зоне факела под действием турбулентных пульсаций еще продолжается процесс смешения (главным образом за счет молекулярной диффузии), а горение протекает при малых концентрациях горючего газа и воздуха. [c.14] Есть основания считать, что безразмерная длина первой части факела т/й о, где ( 0 — диаметр газового сопла, зависит только от стехио-метрического критерия Уоа/Ск, т. е. от потребности горящего газа в притоке окислителя и от концентрации кислорода в среде, окружающей факел (для атмосферного воздуха С = 0,20 9). [c.14] Следует иметь в виду, что входящие в выражение (1-6) крктерпп действуют на длину факела неодинаково. Так, критерий Рейнольдса, определяющий строение газовой струи, заметно влияет на длину факела лищь в области, переходной от ламинарного режима к турбулентному, и почти не оказывает влияния при развитой турбулентности. Критерий Эйлера соверщенно не оказывает влияния на в дозвуковой области истечения газа. [c.16] На практике газогорелочные устройства, работающие по принципу свободной струи, применяются крайне редко. Для того чтобы улучшить процесс смешения и тем самым увеличить интенсивность горения, иногда используется коаксиальная (соосная) подача газа и воздуха, например в топках ВТИ с соударяющимися струями (см. гл. 5). [c.16] Упрощенная схема работы прямоструйной горел ки, выполненной в виде двух коаксиальных сопл диаметром и 2, показана на рис. [c.16] Для газовых струй, отличающихся не только скоростью и, но и плотностью р, установить, какой из параметров (отношение скоростей газа и воздуха или величин ры , ри и т. д.) является определяющим, можно только опытным путем Л. 9]. Проведенные экспери менты показали, что наиболее короткий и напряженный факел получается при наибольшей разности начальных значений ри в струе и окружающем потоке. С другой стороны, наибольшая дальнобойность прямоструйного факела связана с выравниванием поля ри2, а не скорости и или параметра ри. [c.17] Закономерности формирования диффузионного турбулентного факела при сжигании природного газа в объеме прямоточной топочной камеры исследовались Б. С. Сорокой и А. Е. Ериновым. Горелка, состоявшая из сменных коаксиальных сопл (цилиндрического воздушного и газового конического с цилиндрическим участком), устанавливалась в опытной камере огневого стенда. Стенд был оборудован радиационным рекуператором для нагрева воздуха. [c.17] Вернуться к основной статье