Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы и постановка задач исследования 12
1.1. Гидродинамическая структура двойной затопленной закрученной струи и ее характеристики 14
1.2. Теплообмен и смешение двойной закрученной струи 23
1.3. Воздействие на структуру и тепломассообмен двойной закрученной струи 27
1.4. Постановка задач исследования 31
2. Внешний тепломассообмен затопленных закрученных струй 32
2.1. Описание экспериментальной установки и методики исследования 33
2.2. Влияние геометрических и режимных факторов на термическую структуру закрученных струй 39
2.3. Закономерности внешнего теплообмена 60
2.4. Характеристики массообмена 74
3. Воздействие на интенсивность тепломассообмена двойной закрученной струи с окружающей средой 19
3.1. Регулирование внешнего тепломассообмена струи путем перемещения центрального канала завихрителя 79
3.2. Воздействие с помощью регулирующего раструба 88
3.3. Комбинированное воздействие 102
4. Идентификация режима тепломассообмена факела с топочной средой и конструктивная концепция регулируемой горелки 112
4.1. Идентификация режима процесса тепло- и массообмена по структуре струи 112
4.2. Конструктивная концепция управляемой горелки 120
Заключение 123
Список литературы 125
Приложения
- Теплообмен и смешение двойной закрученной струи
- Влияние геометрических и режимных факторов на термическую структуру закрученных струй
- Воздействие с помощью регулирующего раструба
- Конструктивная концепция управляемой горелки
Введение к работе
Для стабилизации структуры факела, равномерного заполнения им топочного пространства в энергетических установках часто используют вихревые горелки с двух- и многоканальными подводами топлива и воздуха. Их применение позволяет увеличить качество управления процессами, протекающими в топке котельного агрегата, а следовательно, повысить экономические и экологические показатели данных установок. Термическая и концентрационная картины, складывающиеся в топочном пространстве, состав уходящих газов и локальные тепловые потоки к технологическим поверхностям определяются внутренним и внешним тепломассообменом струи, соответственно между образующими ее коаксиальными потоками и со средой дымовых газов, а также теплообменом с нагреваемыми элементами топки.
Из указанных процессов практически отсутствуют количественные сведения о внешнем конвективном тепломассообмене результирующей струи с окружающей средой, и поэтому не разработаны ни инженерные методики расчета, ни эффективные способы управления этим процессом.
Следует отметить, что в известных горелках регулирование топочных процессов производится с изменением расходов среды по каналам, а также их соотношения, что приводит к изменению теплопроизводительности горелочного устройства. Вместе с тем, технически необходимы способы регулирования, при которых мощность горелки остается неизменной, т.е. управление теплообменом факела с топочной средой при сохранении неизменной тепловой производительности.
Сведения, имеющиеся в литературе, не дают четких представлений о газодинамических факторах теплообмена струи с окружающей средой. Также практически нет данных о горелках, способных менять, без изменения
собственной мощности, структуру, формируемого ей факела и его теплообмен с топочной средой.
Целью работы является расширение представлений о гидродинамической и термической структуре струи, сформированной двухканальным аксиальным завихрителем, в условиях внешнего тепломассообмена, установление закономерностей данного процесса и разработка на этой основе методов воздействия на его интенсивность и конструктивной концепции горелочных устройств с расширенным диапазоном регулирования и возможностью влияния на топочный процесс без изменения мощности горелки.
Научная новизна основных положений работы заключается в том, что автором впервые:
уточнена термическая конфигурация двойной закрученной газовой струи в процессе ее взаимодействия с внешней покоящейся средой при различных геометрических и режимных условиях;
установлены закономерности изменения интенсивности тепломассообмена двойной закрученной струи с внешней средой, которые обобщены в виде уравнений подобия;
разработаны и экспериментально опробованы два способа воздействия, позволяющие без изменения расходов рабочих сред (мощности горелки) менять интенсивность внешнего теплообмена факела;
сформирован принцип ведения процесса тепломассообмена, основанный на анализе конфигурации структурных образований в факеле, идентификация которых осуществляется динамическим методом по тепловизионному изображению.
Достоверность результатов основывается на надежности экспериментальных данных, полученных сочетанием независимых методик исследования и подтвержденных воспроизводимостью результатов опытов, а также их хорошим согласованием на уровне тестовых опытов с данными других авторов.
Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные создают основу для разработки инженерных методик расчета и проектирования горелочных устройств, а также позволяют оптимизировать параметры топочного процесса с участием струй, сформированных двойными аксиальными завихрителями, что в совокупности с предложенными методами влияния на уровень теплового и массового взаимодействия струи с нагреваемой средой дает возможность повысить эффективность сжигания топлива в котлах ТЭС и других энергетических устройствах. Отдельные результаты работы уже реализованы в ОАО ТГК - 9 при разработке проектов модернизации горелок энергетических котлов.
Автор защищает:
экспериментальные данные о термической структуре и гидродинамическом строении двойной затопленной закрученной струи, созданной двухканальным аксиальным завихрителем с разным направлением крутки потоков, и сформированные на этой базе представления о механизме теплообмена такой струи с внешней средой;
методику количественной оценки интенсивности массообмена при смешении струи с окружающей средой;
результаты количественной оценки интенсивности внешнего тепло- и массообмена двойной закрученной струи со средой, их обобщение в виде эмпирических уравнений;
результаты экспериментальной апробации двух способов газодинамического воздействия на структуру струи и ее теплообмен с окружающей средой;
практические рекомендации по организации управления процессом вихревого сжигания топлива, реализованные в конструкции горелки с подвижным центральным завихрителем и регулирующим раструбом, а также принцип регулирования, основанный на анализе структуры факела.
Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенных в диссертации, докладывались и были представлены на 3th International Conference "Industrial Heat Engineering" (Ukraine, Kiev, 2003); International Symposium on Combustion and Atmospheric Pollution (Russia, St.Peters-burg, 2003); Международной научно-технической конференции «80 лет Уральской энергетике. Образование. Наука» (Россия, Екатеринбург, 2003); V Minsk International Heat & Mass Transfer Forum MMF-2004 (Belarus, Minsk, 2004); V Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях NPNJ - 2004 (Россия, Самара, 2004); Второй Российской конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (Россия, Москва, 2005); International conference «Power industry and market economy» (Mongolia, Ulaanbaatar, 2005); XV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством акад. РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Россия, Калуга, 2005); 4th International Conference of Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics (Egypt, Cairo, 2005).
Работа группы специалистов, в которой автором выполнен раздел «Теплообмен в закрученных газовых потоках», удостоена на Всероссийской выставке научно-технического творчества студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые
источники энергии» диплома за I место в номинации «Энергосбережение в энергетике» (Екатеринбург, 2004).
Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах, в том числе в 4 источниках, рекомендованных ВАК. Получены два патента РФ.
Диссертационная работа была выполнена на кафедрах «Теоретической теплотехники» и «Тепловые электрические станции» и проведена в рамках выполнения г/б темы № 1686 (гос. per. № 01200205928) «Создание теоретических основ теплотехнических процессов использования энергии топлива и других энергоресурсов с целью создания эффективных методов энергосбережения и экологически чистых энерготехнологий.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю: д.ф-м.н. профессору Жилкину Б.П. за доброжелательное отношение и плодотворную совместную работу.
Автор благодарит Зайцева В.А., Берга Б.В., Миренского В.Ю., Шульмана В. Л., Богатову Т.Ф. за техническую поддержку и доброжелательное отношение.
Автор благодарит Зайцева А.В., Хишигсайхан Д., Зыскина Б.И., Ефимову А.В., Токарева Д.Н. за совместную работу.
Особую благодарность автор выражает Толмачеву Е.М. за то, что он, не считаясь со временем, скрупулезно ознакомился с диссертационной работой и сделал много ценных замечаний.
Теплообмен и смешение двойной закрученной струи
Вопросы тепломассообмена струй неразрывно связаны с технологией их применения. Предельно экономичное сжигание топлива, высокие технические требования маневренности и управления факелом, снижение вредных выбросов в процессе сгорания - все это основные задачи в области оптимальной организации топочных процессов в котлах ТЭС. За счет воздействия на распределение тепловых потоков и поля концентраций газовой среды устраняются локальные тепловые перегрузки экранных поверхностей, осуществляется регулирование температуры перегретого пара. Также можно снижать выбросы вредных веществ в окружающую среду [4, 9, 40-47].
Эти вышеуказанные мероприятия могут осуществляться оптимальным выбором и хорошей настройкой горелок, обеспечивающих интенсивное перемешивание, устойчивое воспламенение и полное сжигание топлива в факеле. Кроме того, тепломассообмен факела со средой топочных газов во многом определяет образования оксидов азота.
Оказалось, что за исключением [14, 29] нет литературных данных о проблемах тепломассообмена свободной закрученной струи. Тем не менее, имеется большой объем материала по закрученным струям внутри осесимметричных каналов с различными формами сечения [10,12, 28].
Обычно об интенсивности теплообмена при смешении струи с окружающей средой судят по темпу спада температуры вдоль ее оси. Такой подход является ограниченным, поскольку форма струи может быть различной.
Новые возможности количественного описания открылись, когда в работе [14] была использована новая методика, с помощью которой при смешении сред можно было определить интенсивность теплового взаимодействия. Методика основывалась на том, что чем выше интенсивность теплового взаимодействия, тем меньше размеры области потока, ограниченной изотермой с контрольной температурой.
В [29] была разработана и предложена методика визуализации термического строения газового потока, суть которой состоит в том, что в газовом потоке размещается термовизуализируящая сетка. Выбор параметров термовизуализирующей сетки подробно рассмотрен в диссертационной работе [48]. Используя тепловизионную камеру, измерялось тепловое излучение нитей, интенсивность которого соответствовала температуре потока. Далее получали визуальный образ в виде цветового поля, отображаемого на мониторе камеры.
В рассматриваемой работе была установлена осевая симметрия температурного поля свободной закрученной струи. Наибольшая интенсивность смешения и теплообмена наблюдается на внешней границе области выхода потока из межлопаточного пространства, а также на начальном участке зоны обратных токов.
В работе [20] было выявлено, что при смешении потоков в струе, сформированной двойным аксиальным завихрителем, интенсивность теплового взаимодействия зависит как от величины крутки, так и от отношения скоростей потоков. Установлено, что равенство скоростей потоков в обоих каналах приводит к наибольшей интенсификации рассматриваемого процесса. Обобщение экспериментальных данных по внутреннему теплообмену было проведено, учитывая их практическую направленность, для заключительной стадии процесса смешения, которой соответствовала безразмерная температура вх = 0,05. При этом в качестве безразмерной интенсивности теплового взаимодействия было использовано введенное Шубой А.Н. линейное число теплового взаимодействия [29] М1в=Ки/Лх, (1.22) где Ки - линейный коэффициент теплового взаимодействия, Вт; Лх - коэффициент теплопроводности на стадии процесса X, Вт/(м К).
Было установлено, что процесс внутреннего теплообмена закрученных потоков определяется группой параметров, которые, в свою очередь, зависят друг от друга: эквивалентные (гидравлические) диаметры завихрителей обоих каналов, интенсивность крутки потоков, их скорости и теплофизические свойства сред.
В заключение можно отметить следующее, проведены многочисленные исследования по теплообмену факела, однако данная проблема считается до сих пор полностью не изученной, в том числе исследование внутреннего теплообмена между потоками струи, образованной многоканальными аксиальными завихрителями. Практически отсутствуют данные о конвективном внешнем теплообмене двойной струи с окружающей средой. Однако имеющиеся данные позволяют предположить, что наибольшие возможности для управления этим процессом могут предоставить нерегулярные завихрители.
Влияние геометрических и режимных факторов на термическую структуру закрученных струй
Приступая к рассмотрению результатов исследования, необходимо подчеркнуть следующее обстоятельство. Поскольку температура потоков воздуха в центральном и периферийном каналах была одинакова и таким образом внутренний теплообмен отсутствовал, результирующая термическая структура определялась только внешним теплообменом.
Первичный анализ полученных данных показал, что термическая структура зависит главным образом от углов установки лопаток внутреннего и внешнего завихрителей, режимов их работы.
Анализ термической картины, складывающейся в результате внешнего теплообмена, позволил выделить две характерные области, различающиеся величиной безразмерной температуры в3 = =1——, где характерная (контрольная) температура границы зоны, С; t0 - температура окружающей среды, С0; tBH - средняя температура потока на срезе завихрителя, С. На основе первичного анализа термограмм в качестве характерной для области низких температур была выбрана в3 =0,09, а для высоких - 03 =0,14. Это было обусловлено тем, что на всех режимах эти изотермы были отчетливо выражены и позволяли установить, как меняются форма и размеры отдельных зон при изменении режима. Было установлено, что для всех комбинаций углов установки лопаток общий вид закономерностей изменения конфигурации термических структур, образующихся в результирующем потоке, мало зависит от взаимного направления крутки потоков. Вместе с тем, следует отметить, что при одинаковых комбинациях углов и режимах размеры соответствующих температурных зон в струях, закрученных в разные стороны, были всегда больше, чем в потоках, закрученных в одном направлении. Далее рассматриваются закономерности изменения термической структуры струи, образованной спутными потоками при различных комбинациях углов установки лопаток.
Было выявлено, что уменьшение крутки во внешнем канале (рис.2.4.1 (б) и рис. 2.4.1 (в)) приводит к увеличению размеров температурных областей I и II. В области низких температур наблюдались следующие тенденции: угол раскрытия центральной полусферической впадины уменьшался, а длина струи в окружающее пространство постепенно увеличивалась. При малой крутке внешнего потока (у2=\5) общая конфигурация температурных областей медленно трансформировалась и напоминала больше цилиндрическую.
Высокотемпературная область во всех вышеперечисленных случаях имела форму, подобную форме области низких температур, и с уменьшением величины крутки потока во внешнем канале она постепенно преобразовывалась в цилиндрическую форму.
Анализируя изменение термической структуры двойного закрученного потока, можно сделать вывод, что с уменьшением величины крутки во внешнем канале внешний теплообмен между результирующим потоком и внешней средой уменьшается.
Рассматривая случай (рис.2.4.2), когда крутка внешнего канала остается неизменной, а величина угла установки внутреннего канала уменьшается, при W] =W2 = 20 м/с, принципиальных изменений термических структур не наблюдается. При данных условиях высокотемпературные и низкотемпературные области имеют одинаковую форму, напоминающую усеченный конус и отличающиеся только пропорцией.
На этом основании можно сделать вывод о том, что на интенсивность внешнего теплового взаимодействия крутка внутреннего потока влияет в меньшей степени, нежели крутка внешнего потока. Однако с уменьшением угла установки лопаток внутреннего завихрителя общий уровень интенсивности внешнего теплообмена снижается.
Необходимо сказать о том, что при слабой крутке внутреннего потока и сильной крутке внешнего потока размеры области высоких и низких температур значительно меньше, чем в случае, когда внутренний поток сильно закручен по отношению к слабо закрученному внешнему. Данный факт позволяет сделать вывод, что при разной интенсивности крутки потоков интенсивность внешнего теплового взаимодействия в большей мере зависит от изменения угла установки лопаток во внешнем канале.
В целом, относительно влияния раздельного уменьшения углов установки лопаток завихрителей, как внутреннего так и внешнего канала было установлено, что теплообмен результирующего потока с внешней средой снижается. Аналогичная картина влияния крутки потоков на интенсивность теплового взаимодействия была получена при исследовании внутреннего теплообмена, т.е. теплообмена между двумя закрученными струями [52].
Воздействие с помощью регулирующего раструба
Представляемый способ регулирования [64] основан на том, что изменяются условия смешения двойного закрученного потока с окружающей средой у самого корня струи с помощью перфорированной разделительной стенки, с изменяемой площадью отверстий. Технический результат, достигаемый применением предлагаемой конструкции регулирующего устройства горелки, заключается в смещении температурных зон, изменении конфигурации струи и изменении интенсивности теплового воздействия всей струи на внешнюю среду. Конструктивно, это достигается тем, что к торцу корпуса со стороны выхода струи прикреплен, меньшим своим основанием соосный ему раструб в виде полого усеченного конуса. В стенке раструба выполняются несколько рядов отверстий в виде эллипсов с соотношением полуосей 1:2, причем большие полуоси эллипсов ориентированы по окружности ряда отверстий. Расстояния от меньшего основания конуса до первого ряда и между рядами отверстий равны L/(n+l), где L - осевая длина раструба, п - число рядов отверстий. На наружной поверхности раструба размещаются регулирующие кольца в виде полых усеченных конусов с отверстиями, причем угол раскрытия конусов равен углу раскрытия раструба, число регулирующих колец равно числу рядов отверстий в стенке раструба, число отверстий в регулирующих кольцах равно числу отверстий в стенке раструба, форма отверстий в регулирующих кольцах и раструбе одинакова, оси каждого ряда отверстий в регулирующих кольцах и отверстий в раструбе лежат на общих конических поверхностях, кроме того, к наружной поверхности раструба прикреплены упорные кольца в виде полых усеченных конусов, большие основания которых примыкают к меньшим основаниям регулирующих колец.
Рассмотрим два противоположных по структуре струи случая: первый -слабая закрутка центральной струи и сильная периферийной, для чего углы установки лопаток во внутреннем канале составляли 15 , а во внешнем канале лопатки устанавливались под углом 45 (/, =15,у2 =45); второй - сильно закрученный центр и слабо закрученная периферия двойной струи, когда лопатки внутреннего канала были под углом 45 и внешнего - также 15 ( =45,у2 =15). В обоих случаях крутка потоков производилась в одну сторону. Скорости воздуха по обоим каналам были максимальны и составляли W,=W2=20M/C.
Воздействие на процесс смешения двух потоков производилось изменением проходного сечения перфорации раструба, а именно: режим А -оба ряда отверстий открыты; режим Б - первый по ходу среды ряд отверстий открыт, второй - закрыт; режим В - первый ряд закрыт, второй открыт; режим Г - оба ряда (яруса) отверстий закрыты.
Из приведенных на рис. 3.11 термограмм видно, что закрытие того или иного ряда отверстий в раструбе приводит в некоторых случаях к значительному изменению строения температурных областей и интенсивности теплового взаимодействия струи с внешней средой.
Анализируя рис. 3.11 следует отметить, что наибольшее влияние на формирование струи и ее взаимодействие с внешней средой оказывает первый, по ходу потока, ряд отверстий, который находится ближе к меньшему основанию усеченного конуса.
Для удобства анализа влияния раструба на формирование потока будем считать номинальным режим А. Тогда, при открытых отверстиях первого ряда и закрытых отверстиях второго ряда (рис. 3.11-Б), наблюдалось небольшое увеличение площади температурных областей относительно режима, изображенного на рис. 3.11-А, что означало незначительное снижение интенсивности теплового взаимодействия потока и внешней среды. Форма температурных областей оставалась прежней. Следует отметить, что для обоих режимов характерно небольшое захолаживание узкой части раструба, в районе первого ряда отверстий. По-видимому, данное явление - это следствие того, что через открытый ряд отверстий поток горелки подсасывался холодный воздух из внешней среды.
Напротив, при закрытых отверстиях первого ряда и открытых - второго ряда, наблюдалось значительное увеличение размеров температурных зон (рис. 3.11-В), ограниченных теми же изотермами, что и в номинальном режиме А. Угол раскрытия струи в этом режиме меньше угла раскрытия струи в режимах А и Б. Наблюдаются также значительные изменения в форме струи: струя становится длиннее и шире, и движущиеся потоки ориентированы вдоль оси завихрителей.
Следует отметить, что в режимах В и Г, при закрытых отверстиях первого ряда, не наблюдается охлаждения раструба подсасываемым из внешней среды более холодным воздухом.
Из термограмм хорошо видна схожесть в форме результирующей струи и ее ориентации в пространстве в вариантах А и Б, приведенных на рис. 3.11, а также аналогичная тенденция просматривается в вариантах В и Г, приведенных на том же рисунке. По виду полученных термограмм режимы (рис.3.11-А, Б, В и Г) можно разделить на две группы: первый - режим образования струи при открытом первом ряде отверстий и второй - режим, когда данный ряд отверстий закрыт. Их вид свидетельствует о том, что значительное влияние на формирование струи оказывает прежде всего первый ряд отверстий раструба, располагающийся ближе к корню факела.
Закрытием или открытием второго ряда отверстий можно осуществлять лишь небольшую корректирующую регулировку в формировании струи факела, регулировку более точную. Для понимания механизма описанных выше закономерностей изменения интенсивности теплообмена при регулирующем воздействии, рассмотрим изменение газодинамической структуры.
Для режимов А и Б (рис. 3.12) характерно отсутствие зон обратных токов в области выхода потока из внешнего завихрителя (28-38 мм, рис. 3.12-А, -Б), это, по-видимому, объясняется тем, что когда первый ряд отверстий раструба открыт воздух из внешней среды беспрепятственно подсасывается в корень факела, что ослабляет образование зоны с отрицательным давлением на начальной стадии формирования струи.
Однако зоны разряжения просматриваются вблизи стенки раструба, в месте, близком к выходу струи из раструба (рис. 3.12 - А, -Б). Данная область, по-видимому, способствует лучшему подсосу воздуха из внешней среды, более быстрому перемешиванию струи горячего воздуха с этим воздухом. Этот фактор определяет более лучший теплообмен струи со средой, что подтверждает выводы, сделанные при анализе термограмм (рис. 3.11). Больший размер зоны обратных токов с развитым вихревым течением в приосевой области (рис. 3.12-А, -Б), также способствует более высокой интенсивности взаимодействия струи с внешней средой и значит более быстрому теплообмену между ними. Режимы В и Г (рис. 3.12) отличаются от режимов А и Б наличием вышеописанных зон обратных токов в области выхода струй из внешнего завихрителя (рис. 3.12-В, -Г: 28-38 мм по оси 0-х). Данная зона возникает, вероятнее всего, при закрытии первого ряда отверстий в раструбе как следствие затруднения подсоса воздуха из внешней среды.
Еще одно отличие режимов В и Г состоит в том, что на выходе из раструба в пристенной его области просматривается зона с повышенным давлением, что указывает на образование местного вихревого кольца, которое, по-видимому, является фактором более худшего теплообмена струи с внешней средой, т. к. струя, вырываясь из раструба, уже не может так же быстро смешаться с воздухом внешней среды. Меньшие зоны обратных токов в приосевой области в режимах В и Г также являются причиной худшего подсоса внешнего воздуха в струю, а значит способствуют затягиванию процесса теплообмена струи с внешней средой.
Конструктивная концепция управляемой горелки
На основе результатов проведенных исследований возможности воздействия на интенсивность тепломассообмена была разработана конструктивная концепция горелочного устройства для котлов ТЭС с расширенным диапазоном регулирования (рис. 4.7).
Конструкция горелки создана на основе традиционного конструктивного исполнения, в схему регулирования которого добавлены воздействия с помощью перемещения центрального завихрителя и раскрытия окон в регулирующем конусе.
В качестве исходных данных для управления кроме традиционных показателей топочного процесса в котле (давление, температура, концентрация) использованы данные, полученные путем распознавания структуры.
Особенностью данной конструкции является использование управляемого пневматического привода, в качестве которого могут быть использованы изделия номенклатуры фирмы FESTO.
Приведенная схема (рис.4.8) выполнена для демонстрации идеологии работы системы. Марки цепей, наименование и номера контактов исполнительных механизмов, приборов и датчиков следует уточнить при рабочем проектировании конкретного объекта управления.
Термографическое изображение температурного поля на экране топки формируется в датчике-термографе и передается в контроллер в виде электронных сигналов по интерфейсу RS-485. В контроллере происходит обработка полученного изображения и, в зависимости от ее результатов, подаются управляющие импульсу на привод МЭО центрального канала, и/или на соленоиды клапанов регулирующего раструба.
Следует отметить, что дополнительно введенными для регулирования воздействиями могут быть легко дополнены традиционные схемы управления при модернизации котельных агрегатов. Анализ литературных данных и комплекс проведенных исследований позволяет сделать вывод о том, что применение разработанных способов воздействия на интенсивность внешнего теплообмена с помощью перемещения центрального канала и регулирования открытием перфорации в специальном конусе, на основе анализа видео- и термоизображения, можно значительно повысить эффективность процессов управления тепломассообменом факела со средой топочных газов. Получены следующие основные результаты: 1. Показано, как меняется термическая структура двойной закрученной струи, сформированной двухканальным аксиальным завихрителем в результате внешнего теплообмена с окружающей средой. Выявлены газодинамические факторы этого процесса. 2. Установлены основные закономерности изменения интенсивности внешнего теплообмена двойной закрученной струи. Полученные данные обобщены в виде уравнений подобия. 3. С помощью температурного метода, основанного на приближенной аналогии процесса переноса тепла и вещества в турбулентном потоке, проведен анализ интенсивности смешения субстанции струи с окружающей средой. Разработана методика количественной оценки интенсивности массообмена путем применения коэффициента массового взаимодействия, базирующаяся на следующем основании: чем выше массообмен между средами, тем меньше при прочих равных условиях размеры области пространства, ограниченного изолинией с заданной концентрацией. Найдена связь между характеристикой массового и внешнего теплового взаимодействия. 4. Предложены методы воздействия на интенсивность внешнего тепломассообмена с помощью перемещения завихрителя центрального канала по отношению к внешнему каналу и посредством изменения строения регулирующего раструба. Установлены диапазоны регулирования каждого метода в отдельности и при их совместном применении.
Разработана методика идентификации режима тепломассообмена в рассмотренных системах путем анализа структуры результирующей струи, которая позволяет также оценить интенсивность турбулентных пульсаций, их локализацию в факеле.
Создана конструктивная концепция горелочного устройства с расширенным диапазоном регулирования и разработан принцип регулирования внешнего тепломассообмена создаваемого им факела. . Отдельные результаты работы реализованы в ОАО «ТГК - 9» при разработке проектов модернизации горелок энергетических котлов.
Похожие диссертации на Внешний тепломассообмен струй, сформированных двойными аксиальными завихрителями
