Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и постановка задач исследования 13
1.1. Гидродинамическая структура и механизм развития двойной свободной закрученной струи 15
1.2. Акустические характеристики струйных потоков 26
1.3. Теплообмен в газовых закрученных потоках 35
1.4. Постановка задач исследования 41
2. Гидродинамические характеристики закрученных потоков, сформированных двухканальными аксиальными завихрителями 42
2.1. Описание экспериментальной установки и методики исследований 42
2.1.1 Тарировки датчика 46
2.1.2. Методика обработки результатов измерений 50
2.2. Изменение структуры и геометрических характеристик структурных образований в двойной закрученной струе 54
2.2.1.Влияние углов установки лопаток внутреннего и внешнего завихрителей 56
2.2.2. Влияние направления закрутки потоков 59
2.2.3. Влияние скоростей потоков внутреннего и внешнего каналов на вид структуры струи 62
2.3. Некоторые обобщенные геометрические характеристики гидродинамической структуры струй 65
3. Исследование акустических характеристик закрученных потоков, сформированных двухканальными аксиальными завихрителями 68
3.1. Экспериментальная установка и методика исследований 68
3.2. Влияние конструктивных и режимных параметров завихрителеи на спектр звукового давления 75
3.2.1. Влияние углов установки лопаток внутреннего и внешнего завихрителеи 75
3.2.2. Влияние направления крутки потоков во внутреннем и внешнем каналах завихрителя 78
3.2.3. Влияние соотношения динамических напоров внутреннего и внешнего потоков 87
4. Внутренный теплообмен закрученных потоков, сформированных двухканальными аксиальными завихрителями 95
4.1.Описание экспериментальной установки и методики исследований 96
4.2. Воздействие на термическую структуру струи геометрических и режимных факторов 98
4.2.1. Влияние углов установки лопаток 99
4.2.2. Влияние направления крутки 104
4.2.3. Влияние соотношения скоростей потоков во внутреннем и внешнем каналах 108
4.3. Характеристики интенсивности внутреннего теплообмена в двойных закрученных струях 112
4.3.1. Уровень интенсивности теплового взаимодействия 112
4.3.2. Уравнения подобия для интенсивности внутреннего теплообмена в двойных закрученных струях 116
Заключение 127
Список литературы 129
- Гидродинамическая структура и механизм развития двойной свободной закрученной струи
- Изменение структуры и геометрических характеристик структурных образований в двойной закрученной струе
- Влияние направления крутки потоков во внутреннем и внешнем каналах завихрителя
- Влияние соотношения скоростей потоков во внутреннем и внешнем каналах
Введение к работе
Одним из важнейших вопросов организации работы тепловых электрических станций является обеспечение полноты сжигания топлива, в том числе и при неноминальных нагрузках, и создание условий, способствующих минимальному выделению токсичных веществ. Решение этих проблем в большинстве случаев может быть достигнуто совершенствованием горелочных устройств и, прежде всего, путем оптимизации конструктивных характеристик и режимов работы закручивающего аппарата.
В известных конструкциях вихревых горелок котлов ТЭС чаще всего используются регулярные (с одинаковыми углами установки лопаток) аксиальные многоканальные завихрители с закруткой потоков в одну сторону.
Вместе с тем введение нерегулярности (разные углы установки лопаток) в сочетании с применением различных видов закрутки (в одну и разные стороны) может интенсифицировать процессы тепло- массообмена в факеле и расширить диапазон управления ими.
Сведения, содержащиеся в литературе, не дают представлений о структуре и теплообмене в струе, сформированной нерегулярными многоканальными аксиальными завихрителями с различными направлениями закрутки потоков.
Разрабатываемая тема актуальна и для энергетики Монголии, имеющей 6 крупных пылеугольных ТЭЦ, которые в перспективе могут получить природный газ из России.
Целью работы является исследование возможности углубления управления процессами тепло- и массопереноса в факеле путем применения нерегулярных завихрителей, для чего необходимо дальнейшее развитие представлений о гидродинамической структуре и внутреннем теплообмене результирующей закрученной струи, прежде всего для случая формирования
ее двухканальным аксиальным завихрителем с различными углами установки лопаток и с закруткой потоков в одну и разные стороны, а также разработка на этой основе концептуальных рекомендаций по проектированию горелок с улучшенными характеристиками для котлов ТЭС.
Научная новизна основных положений работы заключается в том, что автором впервые:
на основании термической визуализации течения, анализа полей полного давления, градиента вектора скорости и температуры выявлена гидродинамическая структура течения и термическое строение затопленной газовой струи, сформированной двухканальным нерегулярным аксиальным завихрителем при закрутке потоков в одну и разные стороны.
экспериментально установлены закономерности изменения формы и размеров гидродинамических структурных образований при изменении конструктивных параметров и режима работы двухканального завихрителя.
предложен конструктивно-режимный параметр крутки для струи, сформированной двухканальным аксиальным завихрителем с закруткой потоков в одну и разные стороны, который позволяет более полно учесть разнообразие геометрических характеристик закручивающих устройств, а также свойства и режим истечения газовой среды.
установлены закономерности изменения характеристик акустического шума, генерируемого турбулентными структурами в газовой струе, сформированной двухканальным завихрителем; на этой основе сделано заключение о влиянии на эти структуры геометрических и режимных факторов и их роли в процессе внутреннего теплообмена.
найдены закономерности изменения интенсивности внутреннего теплообмена при смешении потоков в двойной затопленной закрученной струе, выявлены факторы, определяющие теплоперенос.
полученные экспериментальные данные по теплообмену между коаксиальными закрученными струями, сформированными двухканальными
регулярными и нерегулярными завихрителями, обобщены в виде уравнения подобия.
Достоверность результатов основывается на достаточном уровне надежности экспериментальных данных, полученных сочетанием независимых методик исследования, устойчивой воспроизводимостью результатов опытов и хорошим их согласованием на уровне тестовых экспериментов с данными других авторов.
Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные создают основу для разработки инженерных методик расчета и проектирования горелочных устройств с многоканальными аксиальными завихрителями, а также позволяют оптимизировать параметры и улучшить качество управления процессами, которые организуются путем применения составных коаксиальных струй, формируемых такими завихрителями, что открывает перспективу повышения эффективности сжигания топлива в горелочных устройствах котлов ТЭС.
Автор защищает:
- экспериментальные данные и сформированные на их основе
представления о гидродинамической структуре и термическом строении
двойной затопленной закрученной струи, а также конструктивно-режимный
параметр крутки, описывающий интенсивность закрутки струи, созданной как
регулярными, так и нерегулярными завихрителями с разным направлением
крутки потоков.
результаты экспериментального исследования акустических характеристик шума, генерируемого аэродинамическими структурами, и их влияние на внутренний теплообмен.
- данные по количественной оценке интенсивности внутреннего
теплообмена в двойной коаксиальной закрученной струе и их обобщение в
виде эмпирического уравнения.
- практические рекомендации по управлению горелкой, включая схему автоматизации процесса вихревого сжигания топлива, воплощенные в конструкции горелки с нерегулярным двухканальным завихрителем.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены ОАО «УралОРГРЭС» при разработке проекта модернизации горелок ряда энергетических котлов на Омской ТЭЦ-5 и при разработке проекта горелок котла БКЗ-75-39 на Улан-Баторской ТЭЦ-3 в Монголии.
Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и были представлены на:
-Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной энергетики» (Россия, Екатеринбург, 2002); -3th international conference «Industrial Heat Engineering» (Ukraine, Kiev, 2003); -XIV и XV Школах-семинарах молодых ученых и специалистов «Проблемы газодинамики и тепло-массообмена в энергетических установках» под. рук. акад. РАН А.И. Леонтьева (Россия, Рыбинск, 2003 и Калуга, 2005) -V Minsk International Heat & Mass Transfer Forum MMF - 2004 (Belaruss, Minsk, 2004);
-V Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях NPNJ-2004 (Россия, Самара, 2004)
-3-й Международной научно-практической конференции РУО Академия инженерных наук РФ «На передовых рубежах науки и инженерного творчества» (Россия, Екатеринбург, 2004);
Всероссийской научно-практической конференции и выставке студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго-и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии » (Россия, Екатеринбург, 2004);
International conference «Power industry and market economy» (Mongolia, Ulaanbaatar, 2005);
- 4th International conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and
Thermodynamics HEFAT 2005 (Egypt, Cairo, 2005);
а также на научно-технических совещаниях-семинарах в ОАО
«УралОРГРЭС» и «Уралмаш-МО».
Основные положения диссертации опубликованы в 15 печатных работах.
Диссертационная работа была выполнена на кафедрах «Теоретической теплотехники» и «Тепловые электрические станции» и проведена по г/б теме №1686 (гос.рег.№.01200205928) «Создание теоретических основ теплотехнических процессов использования энергии топлива и других видов энергоресурсов с целью создания эффективных методов энергосбережения и экологически чистых энерготехнологий», и разделом «Совершенствование основных агрегатов и внедрение новых технологий на ТЭС» Мастер-плана Министерства топлива и энергетики Монголии.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю, д.ф-м.н., проф. Жилкину Б.П., научному консультанту, д.т.н., проф. Бергу Б.В. за доброжелательное отношение, конструктивные замечания, сделанных в процессе подготовки и обсуждения работы.
Особую благодарность автор выражает Шульману В.Л., Шубе А.Н., Зыскину Б.И. за техническую поддержку и полезную информацию.
Автор благодарит Коновалова М.Ю., Токарева Д.Н., Зайцева К.В., Зайцева А.В., Лаптеву Л.В. и Ефимову А.В. за совместную плодотворную работу.
Гидродинамическая структура и механизм развития двойной свободной закрученной струи
Задача повышения интенсивности и экологичности топочных процессов обострилась в связи с современными тенденциями развития теплоэнергетических установок.
Во первых - непрерывный рост единичных мощностей парогенераторов, связанная с этим необходимость повышения производительности горелочных устройств и, как следствие, размеров горелочных устройств, с одной стороны, и в то же время ограниченность топочного объема, -с другой, потребовали создания условий для эффективной организации факела [1-3].
Во вторых - задача улучшения экологичности энергетических котлов без ухудшения их технико-экономических показателей. «Экологические характеристики энергетического использования различных видов топлива зависят не только от природных свойств ископаемого топлива, но также от метода и технологии его использования - обработки, сжигания и утилизации отходов, рассеивания выбросов» [4-7].
В настоящее время для факельного сжигания топлива в разных отраслях широко используются многоканальные вихревые горелки с регулируемыми регистрами, а также с нерегулируемыми регистрами различных конструкций лопаточного типа [2, 6, 8,9].
Опыты по исследованию работы горелочных аппаратов установили, что вихревые горелки имеют «фундаментальное преимущество - возможность технологически простого и эффективного управления топочным процессом с воздействием на теплообмен почти по всему газовому тракту котла» [1, 10]. По сравнению с другими конструкциями вихревые горелки образуют более высокую турбулентность закрученных потоков, с помощью которой интенсифицируется процесс сжигания.
В таких конструкциях закрученный поток создается специальными устройствами аксиально-лопаточного (типа А и АЛ) или шнекового завихрителя, а также с использованием тангенциального (типа Т) подвода через одно или несколько периферийных отверстий, через улитку (типа У) или тангенциально-лопаточного (ТЛ, АТЛ) аппарата. Из вышеуказанных конструкций аксиально - лопаточный завихритель отличается тем, что создает «широкие возможности формирования скоростных полей, отличающихся степенью закрутки потока и характером изменения вращательной скорости» [1, 11, 12], также имеет минимальное аэродинамическое сопротивление. Несмотря на широкое распространение вихревых горелок и их интенсивное исследование объем имеющихся данных еще далеко недостаточен для получения ясной картины течения, особенно вблизи завихрителя. До сих пор нет полных и систематизированных данных по турбулентным характеристикам и детальной структуре закрученной струи, недостаточно выяснен механизм турбулентного перемешивания в переменном поле давлений, обусловленном центробежными силами [1,4, 13, 14]. Поэтому важно детально изучить аэродинамическую картину течения на выходе из горелки в топку при любой степени крутки газовоздушного потока и оценить влияние крутки на структуру струи в топочном пространстве. Исследования аэродинамики и процесса теплообмена в горелочных устройствах из-за экономических и технических трудностей проводятся не на натуральных образцах, а изучаются на моделях. [15, 16]. В настоящее время опубликовано большое количество экспериментальных и теоретических исследований по изучению закрученных струй, они проанализированы и обобщены в ряде монографий [17-20]. Подробный анализ влияния конструкции завихрителя на аэродинамические характеристики создаваемого ими потока и дальнейшее развитие исследований закрученных струй приведён в работах [21-28] и работах [3, 14, 29, 30]. В этих работах было отмечено, что аэродинамическая структура потока в его проточной части и на срезе завихрителя зависит от типа завихрителя. С увеличением расстояния от выходного сечения влияние типа завихрителя ослабевает. Закрученные струи, сформированные аксиальными завихрителями, относится к группе пространственных течений в поле центробежных массовых сил. Такая струя «характеризуется соизмеримым отношением трех (радиальной, аксиальной и тангенциальной) составляющих скорости, наличием поперечного и продольного градиентов давления, значительными турбулентными пульсациями» [31]. Подробная схема развития струи представлена на рис. 1.1. Известно, что при истечении струи в неподвижную среду первоначальная закрутка способствует более интенсивному расширению струи и быстрому выравниванию избыточной скорости, температуры, концентрации и других параметров вдоль неё [28, 31]. Из рисунка видно, что при слабой закрутке максимум аксиальной скорости находится на оси струи, (также в прямоточной струе), а форма ее похожа на нормальное гауссовское распределение (рис. 1.2.а и б). С увеличением крутки форма эпюры изменяется и становится похоже на букву М (рис. 1.2.в). Дальше с интенсивностью закрутки в области оси образуется зона обратных токов (рис.1.2.г), и дальнейшее увеличение крутки ведет к расширению зоны обратного тока. Исследователи [1, 2, 28] установили что, дальнейшее увеличение начальной закрутки вызывает значительное расширение струи и при отношении вращательной составляющей скорости к средней скорости истечения WQ 2.5 струя начинает "прилипать" к поверхности стенки. В случае установки экрана в плоскости среза регистра этот эффект может наблюдаться уже при w0 2 - 2.3, вследствие чего возникает пристеночное течение. Таким образом, по характеру структуры струи, сформированной кольцевым регистром, выделяют [23] три вида течения: 1. Сомкнутое течение, характеризующееся тем, что закрученный поток смыкается у оси за зоной обратных токов (зоной рециркуляции); 2. Разомкнутое течение, отличающееся тем, что зона обратных токов охвачена аксиальным потоком не полностью, а сообщается с окружающей средой в осевом направлении; 3. Стелющееся течение, когда закрученный поток вдоль фронтовой стенки подобен веерной полуограниченной струе. В работах [29, 30] по результатам анализа полей полного давления детально описывается структурная модель свободной закрученной струи, сформированной одноканальным завихрителем типа А (рис. 1.3).
Изменение структуры и геометрических характеристик структурных образований в двойной закрученной струе
Максимальная разница уровней суммарного шума при различных углах наблюдения составляет, например, для М=0,2 не более 2 дБ, т.е. направленность шума струи практически является «сферической».
В работе Е.В.Власова [55] приводятся результаты экспериментальных исследований характеристик турбулентности в свободной изотермической струе. Полученные данные использованы автором для расчета акустических характеристик струи - звуковой мощности и ее спектра. С помощью экспериментально определенных коэффициентов была рассчитана звуковая мощность струи Wo, определяемая как сумма трех составляющих: Ws -мощности начального участка струи, W2 - мощности основного участка струи, Ws - мощности переходного участка струи. Расчет показал, что 65% звуковой мощности излучается начальным и переходным участками струи.
В неизотермических струях повышение температуры приводит к возрастанию градиента скорости звука в слое смешения струи и усилению отклонения направления излучения от оси струи. Пространственное распределение шума струи при увеличении температуры потока становится неравномерным, а максимум интенсивности акустического шума смещается в сторону больших углов.
Следует отметить, что большое количества работ по исследованию акустических характеристик турбулентных струй посвящено воздействию на них звуковых возмущений различной интенсивности и частоты. Кроме того, в них были рассмотрены только прямоточные турбулентные струи, а что касается исследований акустических характеристик закрученных струй, особенно образованных многоканальными завихрителями, то по ним имеется весьма ограниченный объем информации.
Основные задачи в области оптимальной организации топочных процессов формулируются следующим образом: предельно экономичное сжигание топлива, высокие технические требования маневренности и управления факелом, снижение вредных выбросов в процессе сгорания. Оптимизацией теплообмена можно обеспечить некоторые требования управления топочным процессом. За счет регулируемого распределения поля тепловых потоков и поля концентраций газовой среды, реализуются регулирование температуры перегретого пара, устранение локальных тепловых перегрузок экранных поверхностей. Кроме этого, можно уменьшать выброс вредных веществ в атмосферу [4, 9, 56-63].
Эти вышеуказанные мероприятия могут осуществляться оптимальным выбором и хорошей настройкой горелок, обеспечивающих интенсивное перемешивание, устойчивое воспламенение и полное сжигание топлива в факеле. Для этого в индивидуальном факеле каждой горелки необходимо осознанно управлять температурой и составом газовой атмосферы в факеле. Тепломассообмен факела со средой топочных газов во многом определяет образования оксидов азота.
Оказалось, что литературных данных относящихся к проблемам тепломассообмена свободно закрученной струи, сформированных аксиальными завихрителями, как таковых, нет, за исключением [14, 29]. Однако существует большой объем материала по закрученным струям внутри осесимметричных каналов с различными формами сечения [10, 12, 28].
В работе [14] была применена новая методика для определения интенсивности теплового взаимодействия при смешении сред, в основе которой лежит положение о том что, чем выше интенсивность теплового взаимодействия, тем меньше размеры области потока, ограниченной изотермой с заданной температурой. Сущность методики заключается в том, что при наличии осевой симметрии температурного поля в качестве характерного размера этой условной границы применяется периметр поверхности сечения с определенной безразмерной температурой вх:
При этой температуре автор определил линейный коэффициент теплового взаимодействия:
где 0,-тепловой поток, переданный на данной стадии смешения, характеризующийся безразмерной температурой; t{,t2 - соответственно исходные температуры горячей и холодной сред; Ьвх - периметр характерной изотермы в продольном сечении струи.
Авторам работы [29] была разработана методика визуализации термического строения газового потока, суть которой состоит в том, что в газовой струе размещается сетка из тонких не искажающих поток нитей. Определялось тепловое излучение нитей, интенсивность которого соответствовала температуре потока. Используя тепловизионную камеру, получали визуальный образ в виде цветового поля, отображаемого на мониторе камеры.
В этой работе было установлено, что свободная закрученная струя обладает осевой симметрией полей температуры. Наиболее интенсивнее смешение и теплообмен имеет место на начальном участке зоны обратных токов и на внешней границе области выхода потока из межлопаточного пространства.
Автором [29] было обнаружено, что интенсивность теплового взаимодействия при смешении потоков в струе, сформированных двухканальными аксиальными завихрителями, зависит от величины крутки и отношения скоростей потоков. Также установлено, что максимальное значение интенсивности соответствует режиму, при котором скорости обоих потоков одинаковы.
А.П. Баскаковым была разработана методика для анализа процесса смешения в потоке, согласно которой безразмерная температура представляет собой концентрацию среды струй в смеси. С помощью этой методики были получены первые сведения о термическом строении струи.
Интересный результат был получен в работе [64], которая направлена на разработку методов снижения выбросов NO . Опыты, проведенные на промышленных установках, показали, что при стремлении отношения скоростей потоков в двух соседних каналах завихрителя энергетической горелки (в случае [1] внешнего по первичному воздуху и внутреннего по вторичному) W\(W% к 1, наблюдается снижение концентрации оксидов азота (рис. 1.6).
Влияние направления крутки потоков во внутреннем и внешнем каналах завихрителя
Далее рассмотрим изменения следующих основных гидродинамических характеристик: -угла, раскрытия струи р. -размеров центральной зоны обратных токов, образующейся в приосевой области струи. Эту зону дальше будем называть основной зоной обратных токов.
При больших скоростях и сильных закрутках потоков в обоих каналах (рис.2.9.1) наблюдается сомкнутое течение, характеризующееся тем, что область выхода потоков из межлопаточного пространства внутреннего завихрителя (2.1) смыкается с основной и периферийной зонами обратных токов. А внешняя зона выхода потоков из межлопаточных каналов окружает периферийную область обратных токов (1.2). Примерно на расстоянии одного 2 калибра (Z = —) периферийная зона обратных токов и внутренняя d3 межлопаточная область исчезают. Небольшая длина струек 2.1 свидетельствует, что при сильных закрутках потоков в обоих каналах достигается более интенсивное смешение потоков. Поперечный срез струи дает нам возможность наблюдать и различать несколько кольцевых слоев, представляющих собой ширину основных зон и областей.
На рис 2.9.1-2.9.3 показаны продольный и поперечные срезы поля полного давления струи из однонаправленных потоков, формируемой двойными аксиальными завихрителями №1, №3 и №5. При этом анализе скорости потоков в обоих каналах оставались неизменными.
При уменьшении угла установки внешнего завихрителя одновременно с закрытием угла раскрытия основная зона обратных токов сужается и удлиняется (рис.2.9.2). При этом все основные зоны и области также удлиняются (а), что свидетельствует об ухудшении смешения потоков. Область 1.2 сужается, и доходя до двух калибров исчезает, а внешняя область выхода потоков из межлопаточного пространства расширяется (б), теряется сплошность периферийной зоны обратных токов.
При сильной крутке внутреннего и слабой внешнего потоков струя перестраивается в разомкнутое течение: основная зона обратных токов охвачена аксиальным потоком не полностью, а сообщается с окружающей средой в осевом направлении (рис.2.9.3). Форма этой зоны становится близкой к цилиндрической. Внутренняя и внешняя области потоков из межлопаточного пространства постепенно «сжимают» периферийную зону обратных токов, вследствие чего эта зона исчезает почти у устья завихрителей. При этом интенсивность крутки сильно снижается, интенсивность смешения ухудшается, а струя становится похожа на прямоточную. Установлено, что с уменьшением угла установки лопаток внешнего завихрителя угол раскрытия струи и поперечный размер зоны обратных токов уменьшаются, крутка потоков снижается, а интенсивность смешения по всем признакам ухудшается. Во всех вышеописанных случаях основная внутренняя зона обратных токов значительно больше внешней, а внутренняя область выхода потоков из межлопаточных каналов намного меньше внешней одноименной области. Их размеры сильно зависят от угла установки лопаток внешнего завихрителя. При уменьшении угла установки лопаток внутреннего завихрителя во всех исследованных случаях форма струи сохранялась, при этом форма основных зон оставалась неизменной. Размер основной зоны обратных токов и величина угла раскрытия незначительно снизились вместе с уменьшением угла внешнего завихрителя. Центр основной зоны обратных токов переместился выше по оси Z. В случае самой слабой крутки внутреннего ( , =15) и самой сильной - внешнего (у2 =45) потоков этот центр находился на оси струи в точке отстоящей на 7 калибров от среза завихрителя, а при струе одинаково сильно закрученных потоков это расстояние составляло 4 калибра. В целом было выявлено, что при одинаковых скоростях потоков наибольшее влияние на форму и размеры основных зон оказывает угол установки лопаток внешнего завихрителя. Также было установлено, что при одновременном и равномерном уменьшении углов установки лопаток обоих завихрителей вышеописанные закономерности изменения структуры струи сохранялись, что согласуется с данными [20]. При одинаковых слабых крутках потоков основная зона обратных токов имела характерные размеры: 0,5 калибра в диаметре и 10 калибров в длину, тогда как в одинаково и сильно закрученных потоках ее размер уменьшался примерно в 4,4 раза по диаметру ив 1,3 раза увеличивался по длину.
Влияние соотношения скоростей потоков во внутреннем и внешнем каналах
В целом установлено, что вид спектра зависит от соотношения скоростей (скоростных напоров) потоков в смежных завихрителях внутреннего и внешнего каналов. Прежде всего отметим, что с уменьшением скорости обоих струй уровень звукового давления пропорционально снижается.
Рассмотрим следующие, наиболее характерные случаи в отдельности. В том случае, когда струя формируется примерно одинаковыми по интенсивности сильнозакрученными потоками из обоих каналов с одинаковыми углами закрутки, то при высоких скоростях в шуме преобладают низкие частоты (рис.3.22). С уменьшением скоростей течений в обоих каналах начинают преобладать высокие частоты. При наибольших скоростях потоков абсолютное значение звукового давления оказалось намного больше, чем при средних и меньших скоростях. Это показывает, что в данном случае скорость потоков сильно влияет на вид спектра Рщ.
Если уменьшить углы установки лопаток до 30 и рассмотреть влияние скоростей потоков на спектр звукового давления, то его вид не претерпевает особых изменений (рис.3.23). В зоне высоких частот при малых скоростях потоков значение Рщ почти не зависит от частоты, т.е. образуются структуры, излучающие одинаково.
Рассмотрим, как изменяется вид спектра Рзд при разных скоростях потоков в случае резкого отличия углов установки лопаток. В системах, состоящих из сильно закрученного внутреннего и слабо закрученного периферийного потоков при наибольших и средних скоростях доминируют высокие частоты (рис.3.25), т.е велика доля мелких структур, и следует ожидать высокой интенсивности теплообмена. А при наименьших скоростях наблюдается максимальное значение Рзд в диапазоне низких частот. В диапазоне низких частот при больших и средних скоростях излучение аэродинамического шума монотонно уменьшается с ростом частоты, а в диапазоне средних и высоких частот, напротив, увеличивается. При малых скоростях потоков в диапазоне низких и высоких частот интенсивность излучения шума возрастает с увеличением частоты. Влияние скорости потока на вид спектра весьма значительно во всем частотном диапазоне.
Наоборот, когда внутренняя струя является слабозакрученной, а внешняя закручена сильно, то диапазон с наибольшим звуковым давлением смещается в область низких частот и не зависит при этом от величины скоростей (рис.3.26). Характерно, что при любых значениях скоростей наблюдается следующая закономерность: в зоне низких частот абсолютное значение давления Рзд монотонно снижается с увеличением частоты, в зоне высоких частот имеют место почти равновеликие уровни по всем диапазонам частоты. Влияние скорости на вид спектра опять же существенно во всех полосах частот.
Похожие диссертации на Гидродинамика и внутренний теплообмен закрученных струй, сформированных двухканальными аксиальными завихрителями топочных горелок
