ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оценочные параметры закрученных потоков из "Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения " Пути совершенствования техники и технологии неразрывно связаны с расширением научных исследований в области нетрадиционного использования недостаточно изученных физических явлений, эффектов. Известно, что закрутка потока очень часто полезно влияет на процессы, наблюдающиеся при течении обычных и реагирующих потоков в теплообменных аппаратах, в вихревых трубах Ранка—Хилша, циклонных сепараторах, центробежных форсунках, вихревых диспергаторах и т. п. [c.7] В последние годы закрутку потока стали широко использовать для интенсификации процесса горения. При создании эффективных фронтовых устройств камер сгорания в воздушно-реактивных двигателях, для стабилизации фронта пламени в различных камерах сгорания, при создании эффективных горелочных устройств, плазмотронов с вихревой стабилизацией все большее применение находят потоки с различной интенсивностью закрутки. Это обусловливает актуальность работ, направленных на понимание и описание термогазодинамики закрученных течений как при окислительно-восстановительных экзотермических химических реакциях, так и в их отсутствие. Необходимо вооружить практику методиками экономного расчета и проектирования технических устройств с закруткой потока, а сами устройства сделать более эффективными и экологически чистыми. [c.7] Экспериментальное и теоретическое изучение закрученных течений показывает, что их характер и поведение существенно зависят от интенсивности закрутки, оценка которой вызывает. [c.7] Закрученные течения формируют с помощью одного из трех методов тангенциального подвода использования механических закручивающих устройств (направляющих закручивающих лопаток, винтов, шнеков и т. п.) интенсивного вращения корпусных элементов каналов (вращающихся труб). [c.11] В некоторых литературных источниках [15, 34-40, 112, 116] сопловые устройства формирования закрученной струи называют завихрителями. Такое название соплового ввода, формирующего закрученный поток, вносит некоторую двусмысленность, связанную с завихренностью турбулентных течений. Изучение закрученных течений, особенно при достаточно высоких степенях закрутки, неразрывно связано с необходимостью изучения микроструктуры течения, а следовательно, и с завихренностью. Поэтому, когда речь идет о техническом аппарате, устройстве, использующем закрученные потоки, более оправдано употребление терминов устройство формирования закрученной струи (закручивающее устройство) или просто сопловой ввод. [c.11] Наиболее распространены три группы закручивающих устройств. К первой группе [18, 112, 116, 196] могут быть отнесены сопловые вводы, сообщающие потоку тангенциальную компоненту скорости, которая непосредственно в самом сопловом вводе или на выходе из него преобразуется в тангенциально-осевое течение. Вьщеляют тангенциальные Т, улиточные У и тангенциально-лопаточные ТЛ закручивающие устройства [18, 196] (рис. 1.1). Самым простым и распространенным является тангенциальный. сопловой ввод с различной формой подводящего канала — прямоугольной, круглой, овальной, конической и др. Иногда делают сопловые вводы с несколькими подводящими каналами. Увеличение числа подводящих каналов способствует уменьшению азимутальной неравномерности потока, что следует учитывать при разработке устройств, в которых к этой характеристике предъявляют жесткие требования. [c.11] Геометрия Т-закручивающих устройств определяется шириной Ь и высотой а подводящего канала, диаметром d трубы, в которой формируется закрученный поток. Для циклонов характерна длина отводящего патрубка L, которая аналогична длине камеры энергоразделения для вихревых труб. Геометрическим параметром такого закручивающего устройства по данным [18] может служить безразмерный комплекс п = d(d- а)/аЬ (рис. 1.1,а). [c.12] Улиточный сопловой ввод более качественно готовит поток на входе в цилиндрический отводящий патрубок или осесимметричный канал — камеру энергоразделения вихревой трубы, что обеспечивает больщую начальную равномерность закрученного потока. Его геометрическими характеристиками являются ширина Л и высота а подводящего канала, диаметр d отводящего патрубка или камеры энергоразделения для вихревых труб, длина L патрубка или длина С камеры энергоразделения. Кроме того, для улиточного соплового ввода задается еще один геометрический параметр — наименьшее расстояние между кромкой улиточного канала и поверхностью отводящего канала или камеры энергоразделения. Следуя [18], обозначим его у (рис. 1.1,6). Для У-за-кручивающего устройства геометрический безразмерный комплекс, являющийся аналогом закрутки, определяется выражением п= d(d+а + 2с)/ аЬ) [18, 196]. [c.12] В тангенциально-лопаточных (ТЛ) закручивающих устройствах газ или жидкость подаются в канал через систему тангенциальных каналов, которые могут быть образованы как лопатками, так и щелями. В ТЛ лопатки расположены параллельно оси канала. Основные геометрические параметры угол наклона лопаток р, их длина L, число лопаток т, расстояние между лопатками е, длина выходного патрубка С или камеры энергоразделения L . Геометрическая характеристика ТЛ определяется выражением п = d os p/(/neL) [18, 196]. [c.12] В модификации ТЛ закрутка осуществляется щелями, выполненными на торце полого цилиндра (рис. 1.1,в). Интенсивность закрутки потока изменяется регулированием угла наклона пазов. [c.12] Сопловой ввод с АЛ-закручивающим устройством позволяет варьировать интенсивность закрутки в широком диапазоне, поэтому его часто используют в устройствах, предназначенных для экспериментального исследования закрученных потоков. Однако существует менее простое альтернативное решение, использующее два подвода в канал — осевой и тангенциальный, позволяющие получить достаточно устойчивый однородный поток. Количество подаваемого газа или жидкости в осевом и тангенциальном направлениях можно регулировать и изменять независимо друг от друга. Это позволяет варьировать закрутку от нулевой до очень высокой, при которой формируется интенсивно закрученная струя с развитой приосевой зоной обратных токов, такая же как при использовании тангенциально-щелевого закручивающего устройства (рис. 1.2, з). [c.14] К третьей группе относятся специфические закручивающие устройства, например, врашаюшиеся трубы. Однако низкие значения динамической вязкости газа существенно снижают эффективность способа. Для повышения интенсивности закрутки потока на внутренней поверхности вращающихся каналов устанавливают перфорированные пластины, пучки труб или пористые диски [196]. На выходе из таких закручивающих устройств создаются профили скорости, которые соответствуют закрутке газа как целого. В вязкой жидкости вращающиеся течения (вихри) практически всегда содержат центральное ядро, вращающееся как квазитвердое тело с практически постоянной по всему ядру угловой скоростью со. [c.16] Вне ядра в периферийной зоне создаются благоприятные для формирования свободного (потенциального) вихря условия, подобные наблюдаемым и при образовании атмосферных закрученных течений смерчей, пылевых бурь, торнадо, циклонов и ураганов [196]. [c.16] В некоторых случаях используют локальную закрутку потока как в периферийной, так и в центральной областях [196]. Обычно ее совмещают с осевой подачей газа или жидкости в других смежных зонах течения. Выше уже рассматривалось одно из таких устройств с тангенциально-щелевым закручивающим устройством. Наиболее распространенные способы организации закрутки с использованием комбинации вращательного и осевого движения, широко используемые в тепломассообменных аппаратах, показаны на рис. 1.3. [c.16] В отличие от прямоточной закрученная струя практически всегда трехмерна. Вектор скорости V имеет три компоненты радиальную аксиальную, или осевую и тангенциальную Кроме того в закрученных струях всегда имеются радиальный и осевой градиенты давления, а также достаточно сложный характер распределения полной и термодинамической температуры, во многом определяемый конструктивными особенностями устройства, по проточной части которого движется поток. Все многообразие закрученных потоков целесообразно разбить на две группы свободно затопленные,струи различной степени закрутки офаниченные закрученные потоки, протекающие по каналам различной конфигурации. [c.20] Свободно затопленные струи с закруткой могут быть дифференцированы по степени закрутки. В соответствии с результатами (18, 28, 62, 185] приведем качественную картину полей скорости для различных интенсивностей закрутки потока (рис. 1.4.). Для прямоточной затопленной струи с заданным углом раскрытия (см. рис. 1.4,а) характерен гауссовский профиль нормального распределения аксиальной составляющей скорости в поперечном сечении струи. [c.20] Для слабозакрученных струй максимум аксиальной скорости расположен, как и у прямоточной, на оси, а профиль в поперечном сечении потока характеризуется нормальным гауссовским распределением. Однако центробежные массовые силы позволяют обеспечить значительно большие углы раскрытия струи, чем в прямоточном варианте истечения (см. рис. 1.4,6). [c.20] С повышением интенсивности закрутки под действием центробежных сил снижается статическое давление в приосевой области потока, которое в конечном итоге приводит к искривлению нормального распределения в поперечном сечении в виде М-образной формы (см. рис. 1.4,в). [c.20] ИЛИ ЗОНОЙ рециркуляции (см. рис. 1.4,г). Однако вниз по течению вследствие естественного снижения интенсивности закрутки в процессе преодоления действующих диссипативных сил профиль потока вновь соответствует нормальному распределению. При дальнейшем повышении степени закрутки потока зона обратных токов возрастает настолько, что струя вниз по течению потока не смыкается (см. рис. А,д). [c.21] Предложенная выше классификация не всегда оправдывается, так как характер течения закрученной струи вниз по потоку от закручивающего устройства зависит от его конструктивных особенностей, которые могут привести к существенному изменению профиля скорости в поперечном сечении (рис. 1.5). [c.21] Вернуться к основной статье