АЭРОДИНАМИКА СТРУИ

Движение газов в печах, работающих на жидком или газообразном топливе, является главным образом движением струй, вдуваемых в печное пространство форсунками и горелками. Рассмотрим сначала аэродинамику струи, развивающейся в неограниченном пространстве, заполненном неподвижной газовой средой, имеющей те же физические свойства и ту же температуру, что и вытекающий газ. Такая струя называется свободной затопленной струей в отличие от свободной незатопленной струи и несвободной (зажатой) струи, а также от струи, состоящей из нескольких потоков.

Свободная струя может быть ламинарной и турбулентной. Теория свободной струи разработана Г. Н. Абрамовичем, Г. П. Иванцовым, Д. Н. Ляховским и др. На рис. 2-3 показана схема турбулентной свободной струи, вытекающей из круглого насадка. Масса движущегося газа струи взаимодействует с окружающим неподвижным газом и захватывает его во все возрастающем количестве. Струя состоит из двух участков:

  1. начального, на котором осевая скорость w0 постоянна (длина этого участка составляет lнач= (4-6) d, где d — диаметр выходного отверстия)

  2. основного участка, на котором осевая скорость Wq снижается во всех частях струи.

Рис. 2-3. Схема свободной турбулентной струи

Рис. 2-3. Схема свободной турбулентной струи

Осевая скорость w0 в любом сечении основного участка находится из соотношения:

где а — коэффициент структуры струи (для круглого сечения струи а=0,14-0,16); l — расстояние от рассматриваемого сечения до сопла.

Количество газа в рассматриваемом сечении Vсеч можно определить из формулы:

где Vг — начальный расход газа, м3/сек.

Из рассмотрения формул (2-9) и (2-10) видно, что на основном участке профиля изменения скоростей и усредненных расходов газа подобны для всех его сечений. Этим объясняется и то, что если истекающий газ и окружающая среда имеют разную температуру t1 и t2 то температурные поля также будут подобны:

откуда

где tсм — искомая температура; t1 — температура истекающего газа; t2 — температура окружающей среды.

Если плотность газов струи значительно отличается от плотности среды, то происходит искривление струи. Струя, более плотная, чем окружающая среда, отклоняется вниз, а менее плотная — вверх.