Критерий подобия при смешении газа с воздухом в низкоэмиссионных КС

  Критерий подобия при смешении газа с воздухом в низкоэмиссионных КС

В современных ГТУ с «сухими» низкоэмисси­ онными камерами сгорания для организации смешения газа с воздухом часто используется внедрение газовых струй под углом 90° к основ­ ному потоку. Это способствует получению одно­родной смеси газа с воздухом на минимальном расстоянии от места ввода газовых струй, что позволяет сделать КС более компактной.

В 1970-80-х годах в нашей стране и за ру­ бежом было проведено большое количество экспериментальных исследований по аэродина­ мическому взаимодействию струй с поперечным потоком. Одним из наиболее важных вопросов при этом был выбор параметра, определяющего развитие такой струи в поперечном потоке.

Рядом исследователей было доказано, что определяющим безразмерным параметром, ха­ рактеризующим данный вид течения, является параметр q , равный отношению динамических напоров струй и основного потока. Так, в работе [2] автор показал, что определяющим является гидродинамический параметр

q = ρ ₀ ( u ₀ )²/ ρ_oc ( u_oc )², где ρ ₀ и ρ_oc — плотность газов струи и попереч­ного потока соответственно; и₀ и и_х - скорость истечения струи и поперечного потока.

На основе данного параметра удалось обоб­щить экспериментальные данные по траектории одиночной струи в поперечном сносящем потоке воздуха.

При развитии системы струй в поперечном потоке наряду с q важным параметром является относительный шаг между струями. Методика расчета газовых горелок, приведенная в [3], бы­ ла построена на использовании понятия дально­ бойности струй h и диаметра струй d . При этом

h / d = k_βk_s(u_r / u_B)(p_r / p_B)^0,5,

где к _β - коэффициент, учитывающий угол выхода газовых струй к воздушному потоку; k_s - коэффициент, учитывающий влияние рас­ стояния между осями газовых струй; р_г и u_r - плотность и скорость, соответственно, в устье газовой струи; р_в и и_в - плотность и скорость воздушного потока.

При перпендикулярном вводе газовых струй в поток воздуха коэффициент к _β р = 1. Комплекс

( u_r / u_B )( p_r / p_B )⁽« = q ^0,5 ,

т.е. относительная дальнобойность струй пропорциональна q ^0,5 .

В работе [4] отмечено, что важным парамет­ ром, существенно влияющим на турбулизацию смешиваемых потоков и, соответственно, на интенсивность их массообмена, является отно­ шение импульса струй к импульсу поперечного потока. В [5] показано, что подобие профилей температур системы струй в ограниченном попе­ речном потоке характеризует комплекс

( S / H ) • J ^0,5 ,

где S - шаг (расстояние) между струями; Н - высота канала; J - отношение динамических напоров струй и поперечного потока.

Из данного выражения видно, что подобие профилей температур газообразных струй в поперечном потоке также пропорционально квадратному корню из гидродинамического параметра.

В [6] отмечается, что оптимальным для равно­ мерного заполнения сечения камеры смешения является вариант, при котором

( g ⁰ u ⁰ )^0,5 = (0,2...0,3),

где g ° - отношение массовых расходов струй и поперечного потока; u ⁰ - относительная скорость струй.

Данное выражение справедливо для отно­ шения массовых расходов струй и основного потока g ° < 0,15.