раздел 2.1)
установка сетки позволила уменьшить диаметр турбулентных вихрей с = = м, до ==
м. Расход природного газа и скорость истечения оставались такими же, как и в
случае сжигания газа без сетки.
На каждом из режимов сжигания природного газа (в том числе с установкой сетки и
без сетки) проводились по три эксперимента при которых регистрировалось
изменение содержание СО2 в продуктах сгорания по длине факела. Величина СО2
определялась путем анализа состава продуктов сгорания хроматографом ПОИСК-2
(предел допускаемой приведенной основной погрешности 5%). Методика
хроматографического анализа продуктов сгорания, разработанная в соответствии с
рекомендациями, изложенными в [59-62, 88, 95-103], приведена в приложении В.
Характеристика исследованных режимов диффузионного сжигания природного газа,
принятых для адаптации результатов математического моделирования, приведена в
табл. 2.1.
Таблица 2.1
Характеристика исследованных режимов диффузионного сжигания природного газа на
экспериментальной установке
Режим сжигания
№ режима
Значение числа Re
Скорость истечения газа uCP, м/с
Расход газа, м3/с
Переходной
5,0
7,0
Развитый турбулентный
10,0
15,0
Длина факела определялась по конечному содержанию СО2 в продуктах сгорания
равному = (где - максимальное расчетное содержание СО2 в продуктах полного
сгорания природного газа при коэффициенте расхода воздуха =1,0, =8,8 %об.). На
рисунке 2.6 приведено распределение относительной концентрации () по длине
факела, полученное для исследованных режимов диффузионного сжигания природного
газа. В свою очередь изменение концентрации природного газа по длине факела
вычислялось в соответствии с изменением концентрации СО2 в продуктах сгорания.
Из анализа данных, приведенных на рис. 2.6 можно сделать следующие выводы.
Влияние uCP на характер выгорания природного газа отмечается только на
начальном участке факела (до трех калибров горелки). При сжигании газа в
переходном режиме длина факела заметно возрастает по сравнению с развитым
турбулентным режимом сжигания, что подтверждено в работах [73, 77, 78, 80, 82,
85]. Визуальный анализ характеристики и структуры факела подтвердил
адекватность принятых физических представлений о наличии в факеле турбулентных
вихрей, масштаб которых зависит от конструктивных характеристик горелки
(наличия и отсутствия сетки). При этом характер выгорания топлива (см. рис.
2.6) в значительной степени зависит от интенсивности процесса смесеобразования
и масштаба вихрей. Интенсификация процесса смесеобразования подтверждается
более интенсивным ростом содержания СО2 в продуктах сгорания по сравнению с
режимом сжигания газа без сетки на срезе горелки, а также уменьшением длины
факела на 27 %.
Результаты экспериментальных исследований подтвердили адекватность
разработанной математической модели реальному процессу выгорания газообразного
топлива в объеме турбулентного диффузионного факела.
На рисунке 2.7 приведены результаты сравнения расчетных и экспериментальных
данных по исследованию характера выгорания газообразного топлива в объеме
турбулентного факела, выполненных с использованием разработанной математической
модели. Сравнение выполнено для указанных в табл. 2.1 режимов сжигания
природного газа с теплотой сгорания 35,62МДж/м3 в турбулентном диффузионном
факеле. Для проверки адекватности разработанной математической модели характер
изменения относительной концентрации СО2 по длине факела представлялся
аналогичным характеру изменения концентрации природного газа по длине факела.
При этом значение относительной концентрации горючего газа определялось из
соотношения , при = (где и - соответственно текущее и исходное значения
концентрации горючего газа). Пунктирной линией на графиках рис. 2.7 показаны
средние значения относительной концентрации горючего газа по длине факела
вычисленные таким образом.
При расчетах размер образующихся вихрей принят в диапазоне 120мм. Вихри с
масштабом менее 1 мм не учитывались при моделировании, т.к. выгорание вихрей
такого масштаба носит характер микровзрыва и требует дополнительного усложнения
математической модели.
Допущениями при моделировании являлись фиксированный объем факела, а также
равномерный предварительный подогрев газа в объеме турбулентных вихрей до
температуры воспламенения, т.е. при сжигании природного газа, равной 700ОС [46,
53-58, 76-78, 86, 102].
Сравнение численных и экспериментальных данных показало, что разработанная
модель, качественно и количественно отвечает реальному процессу выгорания
топлива в объеме турбулентного факела. Относительная погрешность расчета
концентрации горючего газа по длине факела не превышает 7-15 %.
Анализ расчетных данных, приведенных на рис. 2.7, позволяет отметить следующие
факты:
характер выгорания газа в объеме турбулентного факела зависит от масштаба
вихрей и соответственно качества процесса смесеобразования;
уменьшение масштаба турбулентных вихрей интенсифицирует процессы
смесеобразования в объеме факела, а соответственно улучшает качество выгорания
газа;
при развитом турбулентном режиме горения масштаб вихрей является единственным
фактором, оказывающим существенное влияние на качество выгорания газа;
Для условий эксперимента (см. табл. 2.1) при помощи разработанной
математической модели, были проведены также расчетные исследования по влиянию
скорости распространения фронта горения () на качество выгорания газа. Такие
исследования необходимы для подтверждения факта, что одним из позитивных
эффектов наложения пульсаций акустического поля является увеличение скорости
продвижения ф
- Київ+380960830922