Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор работ по разработке систем непрерывного мониторинга вредных выбросов ТЭС в атмосферу и постановка задачи исследования 7
1.1. Ограничение вредных выбросов в атмосферу 7
1.2. Перечень документов организации контроля загрязнения атмосферы
1.3. Нормы выбросов вредных веществ в атмосферу 12
1.4. Показатели вредности 15
1.5. Контроль массовых выбросов вредных веществ в атмосферу 16
1.6. Системы непрерывного мониторинга вредных выбросов ТЭС в атмосферу
1.7. Современные технологии для контроля вредных выбросов в атмосферу
1.8. Методики непрерывного измерения расхода газа 38
1.9. Обзор дымовых труб 46
1.10. Постановка задачи исследования 51
Глава 2 Разработка математической модели для численных исследований аэродинамики дымовьгх труб 7
2.1. Описание математической модели 57
2.2. Определение критериев оценки полученных результатов 63
2.3. Область исследования и граничные условия 68
Глава 3 Исследование общих закономерностей закрученньгх течений в стволе дымовой трубы 74
3.1. Максимальная симметричная подача газов в гладкоствольную трубу 74
3.2. Максимальная симметричная подача газов к трубе с учетом неровностей поверхности ствола 91
3.3. Симметричная подача газов к трубе при пониженных расходах 101
Глава 4 Исследование влияния конструктивных и режимных факторов на условия перемешивания газовых потоков
4.1. Исследование влияния высоты разделительной перегородки 107
4.2. Исследование влияния несимметричной подачи и пониженных расходов продуктов сгорания в подводящих каналах
4.3. Исследование влияния конструктивных особенностей 136
4.4. Влияние начальной разности содержания вредных веществ в потоках на выравнивания полей концентраций по высоте дымовой трубы 158
4.5. Обобщение результатов и рекомендации по установке систем непрерывного контроля вредных выбросов на дымовых трубах
5 Основные выводы 171
6 Литература 174
- Перечень документов организации контроля загрязнения атмосферы
- Определение критериев оценки полученных результатов
- Максимальная симметричная подача газов к трубе с учетом неровностей поверхности ствола
- Исследование влияния несимметричной подачи и пониженных расходов продуктов сгорания в подводящих каналах
Введение к работе
Проблема защиты окружающей среды одна из важнейших задач современности. Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в окружающую среду достигли огромных размеров и постоянно увеличиваются. Существующая законодательная база, направленная на регулирование уровней воздействия источников загрязнения на окружающую среду содержит не только нормативы выбросов и требования к контролю, но также и размеры плат за выбросы, которые постоянно ужесточаются. Значительная часть вредных веществ, попадающих в атмосферу, вносится с продуктами сгорания ископаемых топлив тепловых электрических станций и котельных. Обеспечить их экологически эффективную работу невозможно без использования современных средств мониторинга, позволяющих оценить массовые выбросы вредных веществ в окружающую среду с дымовыми газами. Одним из возможных вариантов организации инструментальных измерений вредных выбросов в атмосферу на ТЭС, включающих несколько котельных установок, является реализация систем непрерывного мониторинга непосредственно на дымовой трубе. В настоящее время существует ряд научных работ посвященных данному элементу газового тракта ТЭС, которые затрагивают как проблемы охраны окружающей среды от вредных выбросов ТЭС, так и оптимизации аэродинамики труб, а также повышения их надежности [1-4]. Что касается контроля вредных выбросов на трубе, то на сегодняшний день существует множество разработок успешно внедряемых во многих странах мира. Крупнейшие компании, такие как SICK MAIHAK, Emerson и др. на основе новейших методик производят системы позволяющие проводить непрерывные измерения сразу нескольких вредных компонентов газовой смеси в газоотводящем стволе. При этом одним из основных условий достоверной работы систем мониторинга является правильный выбор мест
4 установки измерительных устройств, обеспечивающих представительность определяемой величины. Критериями выбора измерительного сечения на дымовой трубе являются технические требования к автоматизированной системе контроля выбросов загрязняющих веществ ТЭС [5], согласно которым допустимое отклонение от средних значений скоростей газов и концентраций компонентов в сечении не должно превышать ±10%. Таким образом, для проведения анализа распределения полей скоростей и концентраций дымовых газов в различных сечениях необходимо иметь представление о картине течения потоков в стволе дымовой трубы.
К сожалению, в настоящее время имеется не так много сведений о картине течения дымовых газов в стволе дымовых труб, а также о распределении скоростей и концентраций в различных сечениях по высоте трубы. Существует два способа оценки неравномерности полей скоростей и концентрации: экспериментальный с помощью традиционной методики, предполагающей проведение тарировки сечения, и расчетный. Поскольку на реальной дымовой трубе экспериментально определить поля скоростей и концентраций не представляется возможным, единственным способом исследования аэродинамики остается расчетный метод.
В качестве средства для изучения особенностей турбулентных потоков был выбран программный комплекс Flow Vision, предназначенный для моделирования трехмерных течений жидкости и газа. ПК FlowVision основан на конечно-объемном методе решения системы дифференциальных уравнений в частных производных и использует прямоугольную адаптивную сетку с локальным измельчением. В процессе расчетов была использована модель Incompressible Fluid (Несжимаемая жидкость) предназначенная для моделирования течения газа (жидкости) при больших (турбулентных) числах Рейнольдса и при малых изменения плотности.
Данная диссертационная работа посвящена исследованию аэродинамики дымовых труб и разработке практических рекомендаций по
5 организации непрерывного инструментального контроля вредных выбросов ТЭС в атмосферу.
В диссертации проведено численное моделирование и исследования процессов смешения потоков продуктов сгорания, подводимых в дымовую трубу, в зависимости от конструктивных и режимных факторов и выявлены особенности аэродинамических течений в стволе дымовой трубы, определяющие перемешивание потоков и выравнивание их аксиальных скоростей в поперечных сечениях по высоте дымовой трубы.
В первой главе диссертации выполнен обзор работ по разработке систем непрерывного контроля вредных выбросов ТЭС в атмосферу. Показана актуальность вопросов связанных с ограничением загрязнения окружающей среды, важной частью которых являются проблемы достоверных измерений вредных веществ в дымовых газах. Для учета одного из основных факторов, влияющих на достоверность контроля (распределение полей скоростей и концентраций в стволе дымовой трубы), предлагается использовать численное моделирование. Во второй главе приводится описание математической модели и исходных данных для различных вариантов, учитывающих изменение как режимных, так и конструктивных факторов. Получены критерии оценки результатов для анализа выравнивания полей скоростей и концентраций в сечениях дымовых труб. В третьей и четвертой главах выполнено обобщение результатов численных экспериментов, в ходе которого получены сведения об особенностях картин течения и сделаны выводы о распределении полей скоростей и концентраций в стволе дымовой трубы. Завершают диссертацию общие выводы по работе.
Автор защищает результаты теоретических исследований, их обобщение и рекомендации по внедрению в промышленность.
Диссертация содержит изложение и обобщение материалов, являющихся личным вкладом автора в работы, в проведении которых
участвовали сотрудники МЭИ (ТУ) П.В. Росляков, Л.Е. Егорова и И.Л. Ионкин, которым автор выражает глубокую признательность.
Автор выражает особую признательность и благодарность научному руководителю доктору технических наук профессору П.В. Рослякову.
Перечень документов организации контроля загрязнения атмосферы
Государственное управление, планирование, надзор и регулирование в области охраны окружающей среды проводят Министерство природных ресурсов Российской Федерации (МПР), Минздрав России, Росгидромет, Министерство экономики и развития Российской Федерации, Минэнерго Российской Федерации, в структуре которых находятся подразделения по экологии. В настоящее время в области охраны окружающей среды действуют около 20 федеральных законов и более 100 подзаконных актов и общепромышленных норм и правил [13]. Данные нормы и правила, определяют перечень и допустимые значения выбросов веществ подлежащих контролю, методы и средства организации контроля, а также величину требуемой точности измерений.
Основными законодательно-правовыми документами, регламентирующими деятельность предприятий в области охраны атмосферного воздуха, являются законы Российской Федерации №96-ФЗ от 4 мая 1999 г. Об охране атмосферного воздуха [10] и №52-ФЗ от 30.03.1999 г. О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения (с изменениями от 30.12.01; 10.01.03) [6].
До введения в действие закона Российской Федерации № 96-ФЗ от 4 мая 1999 г. Об охране атмосферного воздуха [10] в основе управления качеством атмосферного воздуха лежал принцип гигиенического нормирования. Главное отличие нового законодательства состоит в том, что закон Об охране атмосферного воздуха вводит в систему нормирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферу технические нормативы выбросов. То есть, если в основе ранее действовавшего законодательства лежал принцип гигиенического нормирования, то современное законодательство учитывает и принцип применения наилучших технологий.
К вредным веществам, образующимся в процессе сжигания органических топлив и подлежащим нормированию в соответствии с Отраслевой инструкцией по нормированию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для тепловых электростанций и котельных РД 34.02.303-98 [14] относят: - диоксид азота N02; - оксид азота NO; - диоксид серы S02; - зола твердого топлива; - мазутная зола (в пересчете на V205); - оксид углерода СО; - сажа и бенз(а)пирен (для котлов производительностью менее 30 т/ч). Данная инструкция [14] описывает также схему разработки нормативов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для действующих, реконструируемых, строящихся и проектируемых ТЭС и котельных любой мощности. Оценить экологические показатели энергетического оборудования в отношении твердых частиц, оксидов азота и серы позволяют нормативы удельных выбросов содержащиеся в ГОСТ Р 50831-95 Установки котельные. Тепломеханическая часть. Общие технические требования [15]. Согласно Правилам организации контроля выбросов в атмосферу на тепловых электростанциях и в котельных РД 34.02.306-98 [16] на всех ТЭЦ и котельных независимо от их мощности должен быть организован инструментальный контроль выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, а также расчет платы за них. При этом прямым инструментальным измерениям подлежат следующие параметры: - концентрация оксидов азота; - концентрация монооксида углерода; -скорость дымовых газов или расход топлива; -концентрация кислорода; -концентрация оксидов серы; -концентрация твердых частиц. Методы, используемые в газоанализаторах для инструментальных измерений должны пройти аттестацию и сертификацию и быть включены в Перечень методик измерения концентараций загрязняющих веществ в выбросах промышленных предприятий, допущенных к применению [17]. Допускается использовать только те средства измерения которые занесены в Государственный реестр средств измерений РФ и прошли метрологическую аттестацию в соответствии с Метрологической аттестацией методик выполнения измерений содержания компонентов проб веществ и материалов ГОСТ 8.505-84 [18]. Допустимая погрешность инструментальных измерений регламентируется Нормами точности измерений технологических параметров тепловых процессов электростанций РД 34.11.321-88 [19]. Внедрение систем непрерывного мониторинга вредных выбросов в атмосферу (СМНВ) способствует повышению не только экологической, но и экономической эффективности станции. Для более широкого распространения данных систем в нашей стране было выпущено постановление Правительства Российской Федерации от 24 ноября 1993 г. О создании Единой государственной системы экологического мониторинга [20]. Основное назначение СНМВ заключается в осуществлении непрерывного контроля вредных выбросов и оценки соответствии нормам ПДВ [21]. Целью системы непрерывного мониторинга выбросов (СНМВ) являются: - снижение негативного воздействия тепловых электрических станций на окружающую среду за счет обеспечения достоверного контроля вредных выбросов в атмосферу и организации целенаправленной деятельности по их снижению; - повышение эффективности работы энергетического оборудования путем оптимизации рабочих режимов, модернизации и реконструкции оборудования, усиления технологической и производственной дисциплины [22]. Система СНМВ ТЭС в атмосферу представляет собой измерительно-информационный комплекс, обеспечивающий комплексное решение следующих задач: текущий контроль фактических выбросов вредных веществ в атмосферу [23]; обработка, систематизация и хранение данных; статистическая отчетность и отображение динамики загрязнений окружающей среды; оперативный анализ и диагностика режимов работы котлов; разработка рекомендаций по оптимизации текущих режимов работы котлов; регулирование вредных выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях; контроль за соблюдением предельно допустимых выбросов; разработка рекомендаций по ремонту, реконструкции и модернизации оборудования [24].
Определение критериев оценки полученных результатов
Для определения массовых выбросов вредных веществ необходимы инструментальные измерения осредненных (среднеинтегральных по сечению дымовой трубы) концентраций этих веществ и скоростей дымовых газов в контрольном сечении дымовой трубы [27]. При этом в соответствии с Техническими требованиями к автоматизированной системе контроля выбросов загрязняющих веществ ТЭС [5] допускаемая (суммарная) относительная погрешность измерения контролируемых величин при использовании автоматизированных систем должна быть не хуже: концентрация оксида и диоксида азота - ±15%; концентрация монооксида углерода - ±10%; концентрация кислорода - ±5%; скорость (расход) дымовых газов - ±10%; массовый выброс (г/с) газообразных компонентов - ±20%.
Считается, что при течении газового потока в прямом канале на расстоянии 6-8 эквивалентных диаметров от места последнего возмущения поля скоростей и концентраций становятся равномерными. Однако экспериментальные данные, подтверждающие это положение для дымовых труб ТЭС, отсутствуют. Это обусловлено тем, что согласно указанным рекомендациям установка измерительных систем должна производиться на большой высоте (для больших труб 80 + 100 м), где отсутствует возможность экспериментально определить равномерность полей скоростей и концентраций по сечению дымовой трубы.
Поэтому в качестве контрольного сечения дымовой трубы, в котором следует устанавливать измерительные системы, должно быть принято такое поперечное сечение, в котором достигается высокая (требуемая) степень равномерности полей концентраций и скоростей газов, т.е. обеспечивается достаточно полное перемешивание подводимых в дымовую трубу газовых потоков. Погрешность инструментального определения осредненных скоростей газов и концентраций примесей в таком контрольном сечении будет определяться степенью неравномерности концентрационных и скоростных полей дымовых газов и погрешностью самой инструментальной системы. Поэтому критерием для выбора контрольного сечения дымовой трубы является условие, согласно которому суммарная относительная погрешность измерения (за счет неравномерности поля в сечении и погрешности измерительной системы) должна быть не выше, чем допускается в нормативных документах.
Поскольку при организации контроля вредных выбросов ТЭС в атмосферу измерения концентрации кислорода не планируется, то лимитирующими значениями будут следующие относительные погрешности: при измерении концентраций СО и оксидов азота (выбирается по наименьшей) - 10%; при измерении скорости - 10%; при определении массового выброса - 20%.
Очевидно, что суммарная погрешность определения массового выброса вредных примесей амв будет складываться из погрешностей при определении концентрации примеси в дымовых газах аКонц и скорости газового потока CFCKOP [60]. При максимально допустимых значениях сгконц и ССКОР равных 10% суммарная погрешность определения массового выброса будет равняться: где сгконц — относительная погрешность при измерении концентрации; ?СКОР - относительная погрешность при измерении скорости.
В этом случае суммарная погрешность умв будет меньше регламентируемых в 20%). Ввиду того, что устанавливаемая на дымовой трубе система инструментального контроля газообразных выбросов предназначена для определения массовых расходов вредных примесей, выражение (2.15) справедливо привести к следующему виду:
Таким образом, критерием выбора контрольного (измерительного) сечения дымовой трубы будут величины погрешностей при определении концентрации и скорости в данном сечении, удовлетворяющие соотношению (2.16).
При организации контроля газового состава продуктов сгорания вероятная суммарная относительная погрешность измерения содержания (концентрации) любого компонента газовой смеси может быть определена как: где О/ - относительная погрешность измерительной системы (для большинства используемых в настоящее время газоанализаторов колеблется в пределах 5ч-10%); о? - относительная погрешность недостаточной представительности пробы газов, связанная с неточным определением полей концентраций компонентов газовой смеси в газоходе котла; т3 -относительная погрешность, связанная с изменением состава газовых компонентов в линии транспортировки пробы (в результате каталитических окислительных и восстановительных реакций, а также абсорбции конденсатом); а/ - относительная погрешность, связанная с изменением состава газовой фазы в блоке подготовки пробы (включая каплеуловитель/осушитель, фильтры и т.п.); ст5 - относительная погрешность, связанная с недостаточной представительностью определения состава топлива и соответственно теоретических объемов воздуха и газов (составляет 0,2ч-0,5%); сгб - относительная погрешность, связанная с недостаточной представительностью определения температуры и давления газового потока и окружающей среды.
Максимальная симметричная подача газов к трубе с учетом неровностей поверхности ствола
Как отмечалось выше, при анализе характеристик потоков в дымовой трубе с симметричном максимальным подводом среды принималось допущение о гладкой поверхности стенки дымовой трубы. Предполагалось, что размер шероховатости даже при максимальном равномерном измельчении расчетной сетки существенного влияния на результат не окажет. Если же увеличить измельчение сетки только вблизи стенки, сходимость результатов полученных для центральной части ствола могла быть не вполне обеспечена. Тем не менее, для сравнения были рассчитаны дополнительные варианты, в одном из которых шероховатость ствола принималась 5 мм (вариант 1.2), а в другом (вариант 1.1) - кроме шероховатости дополнительно учитывалось наличие консольных выступов для крепления футеровки (пример трубы с консольными выступами приведен на рис. 2.2 б), защищающей железобетонный ствол от коррозии и температурных напряжений [52, 53].
Картины полей скоростей в продольных и поперечных сечениях для вариантов 1.1 (консольные выступы и шероховатость 5 мм) и 1.2 (шероховатость 5 мм) показывают, что структура течения, если сравнивать с результатами, полученными для гладкоствольной модели, осталась практически неизменной.
Так в варианте 1.2 на участке ствола от кромки разделительной перегородки до высоты 9D3KB наблюдаются три зоны циркуляции (для варианта 1.3 трех вихревой поток сохраняется до высоты КЮэкв) (рис. 3.7). В то же время расположение контуров вращения в поперечных сечениях имеет существенные отличия. На рис. 3.7а — 3.7в ось центрального вихря остается неподвижной, а крайние вихри перемещаются вдоль стенки по часовой стрелке. Объяснением этому явлению служит то, что вблизи стенки создается пограничный слой, где скорость изменяется от нуля (на стенке) по логарифмическому закону, что препятствует повороту продольной оси промежуточной зоны циркуляции. В то же время, центральный вихрь обладает достаточной интенсивностью для того, чтобы вызвать перемещение крайних. В верхней части ствола движение среды имеет уже традиционный для симметричной схемы организации подачи подъемно-вращательный вид вокруг оси ствола по часовой стрелке (рис. 3.7, г).
В варианте 1.1 рисунки 3.8 демонстрируют значительное сходство распределения векторных полей скоростей в поперечных сечениях с вариантом 1.2 (рис. 3.7). Небольшие отличия наблюдаются лишь в том, что периферийные вихри практически не перемещаются вдоль стенки из-за увеличения сопротивления со стороны пограничного слоя большей толщины (рис. 3.8 а, б, в). Кроме того, трехвихревое течение раньше, чем в предыдущем варианте, прекращает своё существование из-за воздействия выступов на крайние вихри, ускоряющего их разрушение. На высоте более 8D3KB от кромки разделительной перегородки и до устья наблюдается уже знакомый одиночный вихрь (рис. 3.8 г).
Для того чтобы оценить насколько повлияют изменения в аэродинамике, вызванные учетом неровностей стенки трубы на интересующие характеристики потока, были рассмотрены результаты полученные для аксиальных скоростей и концентраций. Так, на рисунке 3.9 приводится распределение полей отклонений аксиальных скоростей от среднеинтегрального значения для варианта 1.2, где шероховатость стенки задавалась равной 5 мм.
Сопоставление полученных иллюстраций (рис. 3.9) с аналогично представленными данными для гладкоствольной модели (рис. 3.3) позволяет сделать вывод, что для аксиальных скоростей расчет дает достаточно близкие результаты. За перегородкой также наблюдается перепад профиля скорости свыше 40% в большую и в меньшую сторону от среднеинтегральной величины. Расположение зон с пониженными скоростями совпадает, однако площадь участков, где скорости минимальны, в шероховатой трубе меньше (сечения расположенные на расстоянии 0,2 и 1 D3KB ОТ кромки разделительной перегородки). Вероятно, данное различие связано с тем, что вихри, на начальном этапе приближенные к стенке, испытывают по наружному контуру вращения сопротивление со стороны шероховатой стенки. В результате перепад скоростей в центральной и периферийной части зоны циркуляции снижается. Другой особенностью, связанной с изменениями аэродинамики после задания шероховатости стенки трубы, является неизменное положение участков разрежения в поперечном сечении ствола (рис. 3.9). Кроме того, на расстоянии 2 D3KB ОТ кромки разделительной перегородки можно наблюдать, что в гладком стволе зоны, имеющие выровненный профиль скорости, занимают большую площадь по сравнению с шероховатым стволом (рис. 3.3 и 3.9). Полученный результат связан с тем, что в гладкоствольной модели на данном участке наблюдается общее вращение потока по часовой стрелке и, в отличие от варианта с шероховатым стволом, среда преодолевает до той же высоты большее расстояние, что и приводит к лучшему выравниванию профиля.
Не смотря на некоторое запаздывание по выравниванию полей аксиальных скоростей на начальном этапе распространения среды в данном варианте по отношению к уже рассмотренному полностью выровненный профиль достигается примерно на одном и том же расстоянии 8 D3KB- В сечениях расположенных выше по стволу, единственным отличием является то, что с увеличением высоты участок с пониженными скоростями, расположенный по краям сечения, в результате ускорения потока и роста сопротивления, расширяется (см. рис. 3.9, расстояния 10,5 DOKB, 17,7 DQKB И 26,2 DQKB ОТ кромки разделительной перегородки).
Влияние на распределение полей аксиальных скоростей добавления консольных выступов позволяют оценить результаты, полученные для варианта 1.1 (рис. 3.10). Так, приведенные на рисунке 3.10 иллюстрации показывают значительное сходство в характере выравнивания профиля скоростей в поперечных сечениях ствола с результатами, соответствующими предыдущему случаю (см. рис. 3.9, вариант 1.2). Наблюдаемое же различие связано только с тем, что под влиянием ступенчатой стенки, образуемой консолями, увеличилась толщина пограничного слоя, в пределах которого наблюдается понижение уровня аксиальных скоростей (расстояния 10,5 D3KB, 17,7 DOKB И 26,2 D3KB ОТ кромки разделительной перегородки).
Исследование влияния несимметричной подачи и пониженных расходов продуктов сгорания в подводящих каналах
В условиях постоянной смены режимов работы тягодутьевого оборудования, связанной с неравномерным графиком нагрузки ТЭС, количество продуктов сгорания подводимых к дымовой трубе не является постоянной величиной. Чтобы определить степень влияния величин расходов и соотношения распределения среды в подводящих коробах на аэродинамику дымовой трубы были проведены специальные численные эксперименты (варианты 1.4 - 1.8, см. таблицу 2.2) [65].
Условия с организацией неравномерной раздачи среды при максимальном суммарном расходе дымовых газов через трубу, были рассмотрены в варианте 1.4, где соотношение подводимой среды составляло 75 и 25% в канале 1 и 2 соответственно (см. рис. 2.1 а). На рисунке 4.7 в продольном разрезе нижней части трубы изображен вид векторных полей скоростей, полученный для варианта 1.4.
Также как и в рассмотренных ранее вариантах над подводящими коробами можно наблюдать зоны обратных токов, которые из-за неравномерной раздачи по каналам отличаются по размеру. Меньшая зона циркуляции расположена со стороны, где среда подается в больших количествах и наоборот.
Очевидно, что ассиметричная картина течения будет наблюдаться и в поперечных сечениях ствола. Потоки, изначально имеющие различные импульсы, сталкиваясь с перегородкой, образуют с каждой стороны по два вихря, большой и малый (рис. 4.8, а). В сечении за перегородкой имеют место три зоны циркуляции, значительно отличающиеся по площади занимаемого сечения и интенсивности (рис. 4.8 б). Вихрь со стороны газохода с меньшим расходом имеет меньшие размеры и наоборот. Между ними также как и при симметричном подводе газовых потоков в дымовую трубу расположилась вытянутая область вращения неправильной формы -зона взаимодействия потоков, смещенная ближе к более интенсивному вихрю. Направление движения среды в крайних вихрях — против часовой стрелки, а в промежуточном — по часовой (рис. 4.8, б). Движение среды с тремя вихрями наблюдается до расстояния 2 DOKB ОТ кромки разделительной перегородки. При этом центральный вихрь, смещаясь к стенке, поглощает наименее интенсивную область вращения (рис. 4.8, в), а положение второй зоны циркуляции практически не меняется. На высоте 3,3 DQKB ОТ кромки разделительной перегородки вихри увеличиваются в поперечном сечении, смещаясь вдоль стенки навстречу друг другу (рис. 4.8, г). После окончательного заполнения поперечного сечения ствола зонами циркуляции, закрученными в противоположные стороны, происходит их более интенсивное взаимодействие, в результате которого оба вихря смещаются относительно центра поперечного сечения по часовой стрелке (рис. 4.8, д).
Далее область вращения основного вихря постепенно поглощает другую менее интенсивную зону циркуляции и на расстоянии свыше 15 DQKU ОТ кромки разделительной перегородки картина течения представлена одним центром вращения (рис. 4.8, е). В процессе дальнейшего подъема среды по высоте трубы, вихрь, не успевая заполнить всё поперечное сечение, продолжает смещаться вдоль стенки по часовой стрелке (рис. 4.8, ж).
Таким образом, несимметричный подвод обеспечивает ускорение объединения вихревых потоков в одну несимметричную зону циркуляции, несколько смещенную от центра поперечного сечения.
Другой случай с несимметричной подачей и пониженным симметричным расходом газов был рассмотрен в варианте 1.5, где дымовые газы распределялись в каналы 1 и 2 в количестве 50 и 25 %, соответственно. Так, в сечениях ближайших к перегородке (рис. 4.9, а, б) наблюдаются 3 зоны циркуляции, имеющие ряд особенностей. В частности, периферийные вихри сместились против часовой стрелки, а центральный — по часовой приобретая более несимметричную форму. Далее, на высоте 2 Г)экв от кромки разделительной перегородки центральная область вращения, продолжая перемещаться по часовой стрелке, приближается к стенке ствола и меняет очертания контура с вытянутого на каплевидный (рис. 4.9, в). В отличие от варианта с симметричным максимальным подводом газов (вариант 1.3), в данном сечении ещё присутствуют все три вихря. Переход к двухвихревому течению здесь происходит с некоторым опозданием, лишь в сечении расположенном на высоте 3 D3KB от кромки разделительной перегородки (рис. 4.9, г). Кроме того, не смотря на увеличение размеров зон циркуляции, полного заполнения поперечного сечения дымовой трубы вихрями не происходит. В результате их взаимодействие имеет меньшую интенсивность, и поток проходит расстояние до устья без объединения вихрей в одну зону циркуляции (рис. 4.9, д,е).
Картину течения при дальнейшем снижении общего расхода в условии несимметричной подачи демонстрируют результаты, полученные для варианта 1.7, где через каналы 1 и 2 осуществляется подвод среды в количестве 32,5 и 17,5 %. Как и во всех рассмотренных ранее случаях, сечение, расположенное за перегородкой покидают три зоны циркуляции (рис. 4.10, а). На расстоянии 2 D3KB от кромки разделительной перегородки центральная область вращения смещается к стенке ствола с разворотом продольной оси по часовой стрелке (рис. 4.10, б). В результате меньший по размеру периферийный вихрь сдвигается вдоль края поперечного сечения ствола в том же направлении, а другой практически не меняет своего положения. Уже характерный для несимметричного соотношения расходов по потокам переход к двум вихрям наблюдается, как и в варианте 1.5 (см. таблицу 2.2), на высоте 3 D3KB- Однако размеры вихрей меньше различаются по площади занимаемого сечения (рис. 4.10, в). Здесь также следует отметить, что циркуляционная область, образованная исходными вращательными центрами, продолжая перемещаться по часовой стрелке вдоль стенки ствола, вызывает деформацию контура второго вихря, который по-прежнему остается на месте. Выше по стволу, зона вращения, занимавшая центральное положение, увеличивается в размерах, растягиваясь вдоль стенки поперечного сечения, а другая смещается против часовой стрелки, приобретая овальную форму (рис. 4.10, г). На высоте свыше 5,7 Оэкв от кромки разделительной перегородки вращение вокруг центра сечения прекращается (рис. 4.10, д), и вихри продолжают заполнять свободные объемы ствола до расстояния 10,5 D3KB (рис. 4.10, е). Отсутствие общего вращения потока объясняется тем, что оба вихря, будучи закрученными в противоположные стороны обладают соизмеримой интенсивностью вращения. Затем зона циркуляции, сформированная в результате столкновения потока большего расхода с перегородкой, начинает сокращаться на фоне расширения другой, причем общего вращения вихрей в поперечном сечении также не наблюдается (рис. 4.10, ж). До высоты 20 D3K:B от кромки разделительной перегородки более развитый вихрь остается практически неподвижным относительно центра сечения ствола, а второй, ставший ещё меньше, смещается по часовой стрелке под влиянием первого (рис. 4.10, з).
