ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальные исследования смесеобразования холодных потоков из "Парогазовые процессы и их применение в народном хозяйстве " Рассмотренный принцип смешения жидких и газовых сред был подвергнут экспериментальной проверке как в холодных (негорящих), так и в горящих потоках. При исследовании смесеобразования газообразных сред в холодных потоках в качестве смешиваемых газов были использованы воздух и GOj, а также воздух и природный газ в тех же соотношениях, что и в процессах горения. [c.77] Смешение изучалось в тех же камерах (рис. 26) и с помощью тех же смесительных устройств, которые применялись и для процессов горения газообразного топлива, причем опыты проводились как при нормальном, так и при повышенном давлении. Основным методом оценки активности той или иной схемы получения газовых смесей был принят метод определения концентрации смешиваемых компонентов по результатам газового анализа проб, отобранных из разных сечений по направлению движения лотока, а также метод измерения температур в тех же точках, откуда производился отбор проб газа. Расходы компонентов измерялись с помощью приборов, а скорости определялись расчетом, так как измерение скоростей в камерах, работающих под давлением, связано с большими трудностями. [c.77] Существенными преимуществами примененного метода изучения смесеобразования является то, что он сразу же показывает распределение концентраций в потоке, т. е. дает прямые количественные показатели процесса смешения и его влияния на процесс горения. Особенно благоприятные результаты получаются, когда измерение температур сопровождается изучением гидродинамических условий процесса (давлений, скоростей, пульсаций и др.). Применение этого метода позволило получить наденшые данные не только о смешении компонентов, но и о выгорании топлива, тепловыделении потока горящего топлива и теплообмена с окружающими поверхностями в самых разнообразных условиях и, таким образом, проверить на опыте теоретические положения комплексного анализа процесса горения. [c.77] Изучение смешения газовых потоков в камере среднего (до 5 ama) давления проводилось в нескольких вариантах в спутных (осесимметричных) струях с предварительным дроблением потоков при ф = 90°, с применением завихривающих аппаратов и без них. [c.77] Приводим данные опытов (табл. 7) по смешению холодных газовых потоков, примененные в камере горения среднего давления, и распределение концентраций и протяженность зоны смешения при различных схемах смесеобразования (рис. 27—29). [c.77] Критерий Рейнольдса газо-воздушной смеси Re х Ю в камере сгорания диаметром 1 см. [c.78] Распределение концентраций О2 и СН4 при предварительном холодном смешении газа и воздуха в камере под давлением 20 ama. Начальная концентрация СН4 в газе 84,5% объемн. [c.82] В этих схемах скорость истечения, давление и критерий Рейно.льдса, хотя последний изменялся от 20-Ю до 47-10 , не оказали заметного влияния на протяженность зоны смешения. Не сказалось на этом параметре различное число лопаток в завихривающем аппарате. Так, в первой и второй схемах сгорания, несмотря на различное число лопаток, длина зоны смешения осталась без изменений, поэтому обе схемы объединены в одну обш ую схему смешения. [c.82] С уменьшением диаметра камеры сгорания (смешения) с 10 до 7 см длина зоны смешения увеличилась на 40%, а сечение камеры уменьшилось в 2 раза. Это говорит о том, что увеличение скорости потока в канале в 2 раза и изменение плотности смешиваемых потоков имеют меньшее значение для длины зоны смешения, чем условия входа (размер струй и углы встречи). При отсутствии завихриваюш его аппарата (пятая схема) и при тех же, что в первой и второй схемах, начальных условиях входа смешиваемых компонентов протяженность зоны смешения несколько увеличилась (хсм = ж/йэкв = 8), что подтвердило необходимость применения дополнительного воздействия на смешиваемые компоненты, чтобы получить равномерную смесь на возможно коротком участке. [c.82] Третья и четвертая схемы дали менее благоприятные результаты. В этих схемах образование смеси растягивалось на большую длину, причем равномерной смеси, близкой по составу к средней расчетной, в пределах камеры сгорания практически получить не удалось. Этот же вывод полностью распространяется и на смешение газовых потоков под более высоким (П = 20 -г- 50 атм) давлением. Так, например, при смешении с воздухом потока природного газа, предварительно раздробленного на струи диаметром 1,5—2 мм, вводимые под углом 90° в поток воздуха с последующим пропусканием потока через завихривающий аппарат, длина пути смешения (до получения равномерной газовоздушной смеси) при Р = 20 ama Хсм = Л ( экв = 2,5, т. е. сократилась и завершилась в непосредственной близости от места входа газовоздушной смеси в камеру сгорания. [c.82] В этом случае сокращение длины зоны смешения произошло не столько в результате повышения давления, так как скорости истечения газа и воздуха были приняты теми же, что и при Р = 5 ama, сколько за счет уменьшения диаметра струй газа и, следовательно, глубины проникновения. Приводим распределение концентраций О2 и СН4 при смешении холодных потоков газа с воздухом в камере сгорания высокого давления (рис. 29). [c.82] Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что условия входа смешиваемых компонентов несравненно сильнее влияют на протяженность пути смесеобразования до получения равномерной смеси,. Ч0М скорость, вязкость, плотность, температура газов и критерий Рейнольдса. Этот вывод полностью распространяется и на смесеобразование распыленных жидких сред, вводимых в поток газов также под углом Ф = 90°. Подобный прием был применен автором при получении парогазовых смесей при сжигании жидких и газообразных топлив совместн( с водой в общ,ем реакционном пространстве под давлением [11, 12, 22]. Этот прием дает возможность направить практически всю распыленную воду непосредственно в поток высоконагретых газов. На основе этого же метода разрабатывается новый процесс получения энергетических и технологических газов путем ввода тонкораспыленных жидких топлив в поток высоконагретых продуктов горения [18]. Процесс взаимодействия тонкораспыленных жидкостей с высоконагретыми газами протекает весьма интенсивно, причем эффективность разработанного метода подтверждается достаточно равномерным температурным полем в зоне испарения. [c.83] Для оценки эффективности теоретических положений и основанных на них схем смешения непосредственно в процессах горения газообразного топлива была проведена большая серия экспериментальных исследований в камерах сгорания диаметром 50, 70, 100 и 120 мм. Исследование проводилось в широких диапазонах изменения давлений (1 -е- 50 ama) при коэффициентах избытка воздуха Оп = 0,9- 2,0 и достаточно больших пределах изменения тепловых нагрузок [ Q VP = (5ч-35) 10 ккал]м -ч атм и скоростей горящих газовых потоков. Результаты этих опытов оказались в полном согласии с теорией и результатами опытов при смешении негорящих (холодных) газовых сред [11, 12, 22]. [c.83] Кроме того, была проведена серия опытов по изучению влияния смесеобразования на интенсивность и полноту сгорания, а также на светимость пламени газовоздушных смесей в открытом пространстве путем визуального наблюдения в камере сгорания диаметром 100 мм, оборудованной специальными кварцевыми стеклами. В последнем случае наблюдения проводились при горении газовоздушных смесей под давлением 2 -ь- 5 ama (рис. 26). [c.83] Наиболее протяженная зона горения газообразного топлива (х = = 0,9-f-l м Жр/ экп 20) наблюдалась при организации смесеобразования по третьей и четвертой схемам, т. е. при горении в спутных потоках. [c.83] Наблюдения за горением неперемешанных смесей (третья и четвертая схемы) при неизменности всех других параметров показали, что пламена в этом случае имеют соломенно-желтый цвет и вытянуты на всю длину камеры, причем полнота сгорания значительно ниже, чем при горении перемешанных смесей в короткой зоне горения. Со всей очевидностью можно утверждать, что режим горения при смесеобразовании по третьей и четвертой схемам является типично диффузионным, несмотря на значительную турбулизацию потока. [c.85] Подобные же результаты были получены при сжигании газообразного топлива в открытом пространстве, причем пламена, полученные при сгорании газовоздушных, заранее перемешанных смесей, образованных по первой, второй и пятой схемам, были настолько прозрачными, что фотографирование их оказалось возможным только при полном затемнении помеш,ения, где проводились опыты. [c.86] Результаты опытов по смешению холодных потоков и опыты по сжиганию газообразного топлива под давлением 1—5 ama в камерах сгорания диаметром 50, 70 и 100 мм с использованием различных схем смешения позволили jsfijiaLib окончательный вывод о том, что независимо от тепловых условий, в которых протекает процесс горения газообразного или жидкого топлива, одним из решающих факторов в интенсификации сгорания топлива является эффективное смешение горючего с окислителем. Эффективность же процесса смесеобразования реагирующих компонентов достигается дроблением хотя бы одного из компонентов и смешением их под углом 90°, а также последующим завихриванием всего потока с помощью лопаточного направляющего устройства. [c.86] Полученные равномерно перемешанные по сечению потока смеси как в холодных, так и в горячих средах, обеспечивающие быстрое, равномерное и полное сгорание всех горючих компонентов, полностью подтвердили теорию локальной изотропной турбулентности А. Н. Колмогорова [86] и ее приложение к процессам горения в форсированных камерах сгорания газовых и парогазовых турбин, а также к процессам погруженного горения при переработке агрессивных сред (отходов) химических предприятий. [c.86] Распределение концентраций СО2, Од и других компонентов показывает, что сгорание газообразного и жидкого топлива под давлением 30— 50 ama и при ав = 1,05 ч- 1,1 завершается на удалении от входа горючей смеси всего на 0,055 м, или при х,, экв = 0,45. При этом тепловые напряжения на единицу объема зоны горения Q VP = (18-4- 30)-10 кжал/ м -4-ama свидетельствуют о весьма высокой интенсивности процесса горения, а следовательно, и об эффективности процесса смесеобразования. [c.86] Вернуться к основной статье