Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени

В работе приведены результаты вычислительных экспериментов по изучению особенностей обтекания стабилизаторных решеток при эшелонированном расположении стабилизаторов. В роботі наведено результати обчислювальних експериментів щодо вивчення особливостей обтікання стабілізаторних решіток при ешелонован...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Промышленная теплотехника
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Фиалко, Н.М., Прокопов, В.Г., Бутовский, Л.С., Шеренковский, Ю.В., Меранова, Н.О., Алёшко, С.А., Коханенко, П.С., Полозенко, Н.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2010
Schlagworte:	Использование и сжигание топлива
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60617
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, В.Г. Прокопов, Л.С. Бутовский, Ю.В. Шеренковский, Н.О. Меранова, С.А. Алёшко, П.С. Коханенко, Н.П. Полозенко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 28-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60617
record_format	dspace
spelling	Фиалко, Н.М. Прокопов, В.Г. Бутовский, Л.С. Шеренковский, Ю.В. Меранова, Н.О. Алёшко, С.А. Коханенко, П.С. Полозенко, Н.П. 2014-04-17T20:03:24Z 2014-04-17T20:03:24Z 2010 Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, В.Г. Прокопов, Л.С. Бутовский, Ю.В. Шеренковский, Н.О. Меранова, С.А. Алёшко, П.С. Коханенко, Н.П. Полозенко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 28-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60617 536.24:533 В работе приведены результаты вычислительных экспериментов по изучению особенностей обтекания стабилизаторных решеток при эшелонированном расположении стабилизаторов. В роботі наведено результати обчислювальних експериментів щодо вивчення особливостей обтікання стабілізаторних решіток при ешелонованому розташуванні стабілізаторів. The results of calculation experiments on studying of peculiarities of streamline of echeloned flameholder grids are presented. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Использование и сжигание топлива Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени Modeling of flowing structure of isothermal flow in the echeloned flameholder grids Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени
spellingShingle	Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени Фиалко, Н.М. Прокопов, В.Г. Бутовский, Л.С. Шеренковский, Ю.В. Меранова, Н.О. Алёшко, С.А. Коханенко, П.С. Полозенко, Н.П. Использование и сжигание топлива
title_short	Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени
title_full	Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени
title_fullStr	Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени
title_full_unstemmed	Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени
title_sort	моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени
author	Фиалко, Н.М. Прокопов, В.Г. Бутовский, Л.С. Шеренковский, Ю.В. Меранова, Н.О. Алёшко, С.А. Коханенко, П.С. Полозенко, Н.П.
author_facet	Фиалко, Н.М. Прокопов, В.Г. Бутовский, Л.С. Шеренковский, Ю.В. Меранова, Н.О. Алёшко, С.А. Коханенко, П.С. Полозенко, Н.П.
topic	Использование и сжигание топлива
topic_facet	Использование и сжигание топлива
publishDate	2010
language	Russian
container_title	Промышленная теплотехника
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
format	Article
title_alt	Modeling of flowing structure of isothermal flow in the echeloned flameholder grids
description	В работе приведены результаты вычислительных экспериментов по изучению особенностей обтекания стабилизаторных решеток при эшелонированном расположении стабилизаторов. В роботі наведено результати обчислювальних експериментів щодо вивчення особливостей обтікання стабілізаторних решіток при ешелонованому розташуванні стабілізаторів. The results of calculation experiments on studying of peculiarities of streamline of echeloned flameholder grids are presented.
issn	0204-3602
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60617
citation_txt	Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени / Н.М. Фиалко, В.Г. Прокопов, Л.С. Бутовский, Ю.В. Шеренковский, Н.О. Меранова, С.А. Алёшко, П.С. Коханенко, Н.П. Полозенко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 28-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT fialkonm modelirovaniestrukturytečeniâizotermičeskogopotokavéšelonirovannoirešetkeploskihstabilizatorovplameni AT prokopovvg modelirovaniestrukturytečeniâizotermičeskogopotokavéšelonirovannoirešetkeploskihstabilizatorovplameni AT butovskiils modelirovaniestrukturytečeniâizotermičeskogopotokavéšelonirovannoirešetkeploskihstabilizatorovplameni AT šerenkovskiiûv modelirovaniestrukturytečeniâizotermičeskogopotokavéšelonirovannoirešetkeploskihstabilizatorovplameni AT meranovano modelirovaniestrukturytečeniâizotermičeskogopotokavéšelonirovannoirešetkeploskihstabilizatorovplameni AT aleškosa modelirovaniestrukturytečeniâizotermičeskogopotokavéšelonirovannoirešetkeploskihstabilizatorovplameni AT kohanenkops modelirovaniestrukturytečeniâizotermičeskogopotokavéšelonirovannoirešetkeploskihstabilizatorovplameni AT polozenkonp modelirovaniestrukturytečeniâizotermičeskogopotokavéšelonirovannoirešetkeploskihstabilizatorovplameni AT fialkonm modelingofflowingstructureofisothermalflowintheechelonedflameholdergrids AT prokopovvg modelingofflowingstructureofisothermalflowintheechelonedflameholdergrids AT butovskiils modelingofflowingstructureofisothermalflowintheechelonedflameholdergrids AT šerenkovskiiûv modelingofflowingstructureofisothermalflowintheechelonedflameholdergrids AT meranovano modelingofflowingstructureofisothermalflowintheechelonedflameholdergrids AT aleškosa modelingofflowingstructureofisothermalflowintheechelonedflameholdergrids AT kohanenkops modelingofflowingstructureofisothermalflowintheechelonedflameholdergrids AT polozenkonp modelingofflowingstructureofisothermalflowintheechelonedflameholdergrids
first_indexed	2025-11-24T05:41:48Z
last_indexed	2025-11-24T05:41:48Z
_version_	1850841054866046976
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №628 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА УДК 536.24:533 Фиалко Н.М.1,2, Прокопов В.Г.1, Бутовский Л.С.2, Шеренковский Ю.В.1, Меранова Н.О.1, Алёшко С.А.1, Коханенко П.С.1, Полозенко Н.П.1 1Институт технической теплофизики НАН Украины 2Национальный технический университет Украины «КПИ» МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТОКА В ЭШЕЛОНИРОВАННОЙ РЕШЕТКЕ ПЛОСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПЛАМЕНИ В роботі наведено результати обчислювальних експериментів щодо вивчення особливостей обтікання стабілізаторних реші- ток при ешелонованому розта- шуванні стабілізаторів. Виконано дослідження закономірностей впливу на характеристики течії величини зміщення стабілізаторів по потоку один відносно одного при варіюванні коефіцієнта заха- ращення прохідного перерізу ка- налу. Виконано оцінку середнього часу перебування часток в зонах зворотних токів, що в значній мірі визначає можливість стабілізації полум’я. В работе приведены результа- ты вычислительных экспериментов по изучению особенностей обтека- ния стабилизаторных решеток при эшелонированном расположении стабилизаторов. Выполнены иссле- дования закономерностей влияния на характеристики течения вели- чины смещения стабилизаторов по потоку друг относительно друга при варьировании коэффициента загромождения проходного сечения канала. Выполнена оценка среднего времени пребывания частиц в зонах обратных токов, определяющего в большой мере возможности стаби- лизации пламени. The results of calculation experiments on studying of peculiarities of streamline of echeloned flameholder grids are presented. The researches of influence on flow characteristics of flameholders displacement relatively one to other in the flow direction for various channel blockage ratios is performed. Mean time of particle residence in recirculation mixing zones, which mainly determines the possibilities of the flame control is estimated. ВСТ – ширина стабилизатора, м; H – шаг расположения стабилизаторов, м; LОТ – длина зоны обратных токов, м; LСМ – смещение стабилизаторов относительно друг друга по потоку, м; Р – давление, Па; Tu – интенсивность турбулентности, %; U, V – горизонтальная и вертикальная проекция скорости, м/с; UВХ – скорость воздуха на входе в канал, м/с; kf – коэффициент загромождения проходного сечения канала; x, y – пространственные координаты в декарто- вой системе, м; хк – текущая координата, отсчитываемая вдоль канала от торцевой поверхности первого по потоку стабилизатора, м; хт – текущая координата по длине канала, начало которой совпадает с местоположе- нием торцевой поверхности соответствую- щего стабилизатора, м; ρ – плотность воздуха, кг/м3; ν, νТ – молекулярный и турбулентный кинема- тические коэффициенты вязкости, м2/с; τп – среднее время пребывания частицы в зоне обратных токов, с. Индексы верхние: * – безразмерная величина. Индексы нижние: 0 – стабилизатор неэшелонированной решетки; 1, 2 – первый и второй по потоку стабилизатор эшелонированной решетки; max – максимальное значение. Введение Одним из возможных способов существен- ного повышения плотности объемного тепло- выделения огнетехнических объектов и умень- шения их массогабаритных характеристик является, как известно, применение микрофа- кельного сжигания топлива, которое реализует- ся благодаря дроблению факела на отдельные ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №6 29 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА микроочаги. Среди различных направлений конструктивной реализации такого микрофа- кельного горения особо выделяется направле- ние, связанное с формированием факелов за решеткой стабилизаторов пламени [1-3]. Дан- ное обстоятельство определяет актуальность изучения наблюдаемых при обтекании стаби- лизаторных решеток закономерностей, знание которых необходимо при разработке высокоэф- фективных микрофакельных конструкций. В настоящей работе выполнены исследо- вания аэродинамической структуры течения в области ближнего следа за стабилизаторной решеткой, которая представляет собой систему расположенных вдоль потока плоских стабили- заторов. Постановка задачи и методика проведения исследований В рамках данного исследования изучению подлежали закономерности обтекания указан- ных стабилизаторных решеток при установке стабилизаторов двумя способами: во-первых, таким образом, что их торцы находились в одной плоскости и, во-вторых, при эшело- нированном расположении стабилизаторов (рис. 1). Причем особое внимание уделялось анализу влияния на характеристики течения степени загромождения проходного сечения канала kf ( ст ст щ( )f fk f f= + , где fст, fщ – пло- щадь поперечного сечения стабилизатора и щели для прохода воздуха соответственно). В задачу исследования входило также рассмо- трение отдельных вопросов, касающихся осо- бенностей массообмена между находящейся в закормовой области стабилизатора зоной об- ратных токов и окружающим ее потоком. Математическое моделирование изучаемой физической ситуации осуществлялось на базе общего подхода к анализу турбулентных тече- ний в рамках приближения Рейнольдса. Расчет- ная область при расположении стабилизаторов, когда их торцы находились в одной плос- кости, ограничивалась подобластью АА’В’В (рис. 1, а), при эшелонированном расположе- нии стабилизаторов – подобластью СС’D’D (рис. 1, б). Как видно, в первом случае указан- ная область включала в себя элемент одного стабилизатора, во втором – двух стабилизато- ров, смещенных относительно друг друга по потоку. Задача решалась в двумерной поста- новке ввиду относительно больших размеров канала по глубине. а) б) Рис. 1. К постановке задачи для стабилизаторной решетки при установке стабилизаторов в одной плоскости (а) и их эшелонированном расположении (б): 1 – стенка плоского канала; 2 – стабилизатор. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №630 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА Вычислительные эксперименты проводились на основе численной реализации решения за- писанной в декартовых координатах системы дифференциальных уравнений стационарного тур- булентного движения вязкой несжимаемой жидкости ( ) ( )2 Т Т U U P U U VU V x y x x x y y x   ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + = − + ν + ν + ν + ν +   ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂     , (1) ( ) ( )2Т Т V V P U V VU V x y y x y x y y     ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + = − + ν + ν + + ν + ν    ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂     , (2) 0U V x y ∂ ∂ + = ∂ ∂ . (3) Замыкание данной системы уравнений осуществлялось с использованием различных полуэмпирических дифференциальных моде- лей турбулентности. Во входной части внешней границы рас- четной области скорость UВХ принималась постоянной, и величина интенсивности турбу- лентности Tu, равной 6 %. На обтекаемых воз- духом поверхностях стабилизаторов задава- лись условия прилипания. В выходной части внешней границы ставились «мягкие» гранич- ные условия, которые формулируются, исходя из предпосылки равенства нулю второй произ- водной от зависимых переменных по коорди- нате, нормальной к границе. На поверхностях расчетной области АВ, А’В’, СD и С’D’ (рис. 1), задавались условия гидродинамической сим- метрии. Для решения сформулированной выше задачи (1) – (3) применялся пакет прикладных программ FLUENT. Расчетная область покры- валась неравномерной неструктурированной сеткой с существенным сгущением к стенкам стабилизатора и содержала до 210 x 840 ячеек. Пристеночный шаг задавался равным 2,5·10-5 м, а в области ближнего следа за стабилизато- ром минимальный шаг по обеим координатам составлял 7·10-4 м. Результаты исследований и их анализ В первую очередь рассмотрим вкратце дан- ные, касающиеся сопоставления результатов численных исследований и специально вы- полненных физических экспериментов. Такие сопоставления проводились, в основном, с целью верификации модели турбулентности для рассматриваемых условий. При выполне- нии физических экспериментов для измерения составляющих скорости использовался пнев- мометрический насадок, а для определения интенсивности турбулентности и абсолютных значений скорости – термоанемометр. Срав- нительный анализ численных решений, по- лученных на основе различных моделей тур- булентности, и результатов соответствующих физических экспериментов показал, что наи- лучшее согласование сопоставляемых данных обеспечивается при использовании двухпара- метрической κ-ε модели турбулентности в мо- дификации RNG. Здесь максимальные отличия в значениях скоростей составляли 15 %, а в ве- личинах интенсивности турбулентности дости- гали 30 %. Повышенная погрешность в послед- нем случае связана с относительно большими погрешностями экспериментального определе- ния пульсационных составляющих скорости в высокотурбулизированных вихревых зонах [4]. Остановимся далее на анализе результатов исследований, посвященных выявлению влия- ния фактора эшелонированного расположе- ния стабилизаторов на особенности структу- ры течения в стабилизаторной решетке. Ниже представлены соответствующие данные, по- лученные при таких значениях параметров: ВСТ = 45·10-3 м; LСТ = 90·10-3 м; LК = 0,8 м; LП = 0,2 м; величина LСМ равнялась 22,5·10-3 м и 45·10-3 м; шаг расположения стабилизаторов H составлял 0,15 м и 0,075 м, что отвечало, соответственно, значениям kf = 0,3 и 0,6; ско- рость воздуха на входе в канал UВХ = 15,7 м/с; ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №6 31 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА температура воздуха tВ = 55 °С. В фигурирую- щих на графиках и в таблицах безразмерных величинах в качестве масштаба скорости ис- пользовалось ее среднее значение в межстаби- лизаторном канале UCT , а в качестве масштаба длины – ширина стабилизатора ВСТ. Структура течения жидкости за решеткой плоских стабилизаторов определяется, глав- ным образом, взаимодействием различных типов струйных течений, во-первых, межста- билизаторных струй, и, во-вторых, аэродина- мических следов за стабилизаторами. Основные особенности картины течения за решеткой стабилизаторов при разных величи- нах коэффициента загромождения kf и прочих равных параметрах иллюстрируют рис. 2 и 3. При этом рис. 2, а и 3, а отвечают расположе- нию стабилизаторов при отсутствии эшелони- рования, т.е. когда их торцы находятся в одной плоскости; рис. 2, б, в и 3, б, в соответствуют эшелонированному расположению стабилиза- торов при разных значениях смещения LСМ . Как видно из рис. 2, 3, течение за эшело- нированной решеткой стабилизаторов харак- теризуется существенной асимметричностью. При этом протяженности зон циркуляционно- го течения за первым и вторым по потоку ста- билизаторами весьма значительно отличаются (за первым из них данная зона оказывается за- метно короче). И эти отличия тем существен- нее, чем больше коэффициент загромождения проходного сечения канала kf . Следует обратить особое внимание на то обстоятельство, что степень асимметричности течения за стабилизаторами в большой мере зависит от величины их смещения LСМ относи- тельно друг друга. Так, согласно данным, при- веденным на рис. 2, б, в и 3, б, в, при небольших смещениях (LСМ = 0,5 ВСТ) различия в длинах зон циркуляции за первым и вторым по потоку стабилизаторами достаточно велико. Например, при kf = 0,6 относительные длины зон циркуля- ции для указанных стабилизаторов составляют соответственно 1 2, 41OTL∗ = и 2 6,11OTL∗ = (табл. 1). Однако, дальнейшее увеличение смещения LСМ приводит к уменьшению этого различия. Так, для ситуации, когда * CML = 1,0 при kf = 0,6 соответствующие длины равны 2,21 и 4,73. Та- ким образом, полученные данные позволяют сделать вывод об экстремальном характере за- висимости степени асимметричности течения за эшелонированной решеткой стабилизаторов от величины их смещения относительно друг друга. Рис. 2. Картина течения за решеткой стабилизаторов при kf = 0,3 для различных величин смещения стабилизаторов LСМ : а) LСМ = 0; б) LСМ = 0,5·ВСТ; в) LСМ = ВСТ ; 1, 2 – первый и второй по ходу течения стабилизаторы; 3, 4 – границы зон циркуляции в закормовой области первого и второго стабилизаторов. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №632 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА Рис. 3. Картина течения за решеткой стабилизаторов при kf = 0,6 (обозначения такие же, как и на рис. 2). Табл. 1. Протяженность зон обратных токов * OT іL при различных значениях коэффициента загромождения kf и величинах смещения стабилизаторов * CML Важно также подчеркнуть, что, как следует из приведенных данных, изменение величины LСМ влечет за собой не только изменение в со- отношениях длин зон циркуляции за первым и вторым по потоку стабилизаторами, но сущес- твенно влияет и на абсолютные размеры этих зон. Относительно особенностей влияния ве- личины kf на картину течения в рассматривае- мой ситуации представляет интерес отметить также следующее. Как видно из рис. 2, при относительно малых значениях kf потенциаль- ное ядро струи сохраняется и за пределами зон отрыва. Иная картина наблюдается при доста- точно больших коэффициентах загромождения (рис. 3). Здесь в случае эшелонированного рас- положения стабилизаторов ядро струи практи- чески полностью «съедается» уже в пределах протяженности зоны отрыва за смещенным вниз по потоку стабилизатором 2. При этом профили скорости в поперечных сечениях из- меняются по длине канала для разных значе- ний kf существенно различным образом. При достаточно больших величинах kf имеет ме- сто ярко выраженное смещение положения максимума профиля скорости относительно осевой линии межстабилизаторного канала (рис. 3, б, в). Заслуживает внимания также тот факт, что хотя протяженность зон отрыва * 1OTL и * 2OTL за стабилизаторами в эшелонированной решет- ке существенно отличаются как между собой, так и от величины * 0OTL при отсутствии эшело- нирования, однако, для достаточно больших, рассмотренных в работе значений смещения стабилизаторов ( * CML = 1,0) при различных ко- эффициентах загромождения потока (kf = 0,3; kf = 0,6), имеет место приближенное равенство * * * 1 2 0 2 OT OT OT L LL + ≈ . На рис. 4 представлено изменение осевой скорости межстабилизаторной струи по дли- не канала для двух отмеченных выше вариан- тов расположения стабилизаторов – при нали- чии и отсутствии их эшелонирования. Здесь начало координат соответствует точкам М на рис. 1, а, б. Согласно полученным данным при сравнительно малых значениях коэффициента загромождения потока (kf = 0,3, линии 1, 2, 3 на графике) отличия значений осевой скорости межстабилизаторной струи для разных значе- kf 0,3 0,6 * CML 0,0 0,5 1,0 0,0 0,5 1,0 i 0 1 2 1 2 0 1 2 1 2 * OT іL 2,59 3,06 4,11 2,25 2,99 3,47 2,41 6,11 2,21 4,73 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №6 33 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА ний * CML сравнительно невелики. Причем, уров- ни этой скорости в целом оказываются более высокими для ситуации наличия эшелониро- ванного расположения стабилизаторов по срав- нению с его отсутствием. Что же касается относительно больших зна- чений коэффициентов загромождения (kf = 0,6, линии 4, 5, 6), то здесь отличия величин рас- сматриваемой осевой скорости, соответствую- щих разным смещениям стабилизаторов * CML , могут быть весьма существенными. К тому же эшелонирование стабилизаторов приводит, в основном, к заметному снижению уровня осе- вой скорости в сравнении с ситуацией, когда торцы стабилизаторов расположены в одной плоскости. Такая картина корреспондируется с описанным выше эффектом смещения макси- мума эпюры скорости относительно оси меж- стабилизаторной струи при эшелонированном расположении стабилизаторов. Особый интерес представляет, как извест- но, рассмотрение различных характеристик те- чения в зоне обратных токов, в большой мере ответственных за стабилизирующие возмож- ности решетки стабилизаторов. Специфику изменения скорости U* на оси следа для двух анализируемых ситуаций расположения ста- билизаторов по потоку иллюстрирует рис. 5. Соответствующие максимальные по аб- солютной величине значения скорости * max i U в зоне обратных токов приведены в табл. 2. Как следует из приведенных данных, мак- симальные по абсолютной величине скорости * max i U в зоне обратных токов при отсутствии Рис. 4. Изменение по длине канала осевой скорости межстабилизторной струи при kf = 0,3 (линии 1, 2, 3) и kf = 0,6 (линии 4, 5, 6) для различных значений * CML : 1,4 – * CML = 0; 2,5 – * CML = 0,5; 3,6 – * CML = 1,0. Табл. 2. Максимальные по абсолютной величине скорости * max i U в зоне обратных токов при различных значениях коэффициента загромождения kf и величинах смещения стабилизаторов * CML kf 0,3 0,6 * CML 0,0 0,5 1,0 0,0 0,5 1,0 i 0 1 2 1 2 0 1 2 1 2 * max i U 0,189 0,188 0,183 0,199 0,175 0,191 0,210 0,176 0,210 0,153 эшелонированного расположения стабилизато- ров изменяются в достаточно узких пределах. В случае же эшелонированной стабилизаторной решетки величина U* max для первого по пото- ку стабилизатора оказывается больше, чем для второго во всем рассмотренном диапазоне из- менения значений kf и * CML . Причем это отли- чие является весьма чувствительным к варьирoванию коэффициента загромождения проходного сечения kf и смещения стабили- заторов в решетке * CML и увеличивается с рос- том указанных параметров. Например, при kf = 0,6 для * CML = 0,5 значения U* max для перво- го и второго по потоку стабилизаторов состав- ляют 0,210 и 0,176, а для * CML = 1,0 равняются ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №634 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА соответственно 0,210 и 0,153. Знание различных массообменных характе- ристик между зоной обратных токов и охваты- вающим ее потоком необходимо, как известно, для оценки возможности стабилизации пла- мени. Согласно положениям теории стабили- зации горения, предложенной Бовиной Т.А., критерием в этом плане может служить сред- нее время τП пребывания частицы в зоне об- ратных токов. В настоящей работе проведен комплекс вычислительных экспериментов по определению значений времени τП при различ- ных рассматриваемых условиях расположения стабилизаторов в стабилизаторной решетке. Для нахождения среднего времени пребывания частицы в зоне обратных токов использовалась следующая зависимость [5]: П выхз З S W Ω τ = ⋅ , (4) где Ωз, Sз – объем и площадь поверхности зоны обратных токов; выхW – средняя скорость выхо- да газа через поверхность данной зоны. Входя- щие в эту зависимость величины определялись в результате обработки данных вычислитель- ных экспериментов. В табл. 3 для рассматриваемых условий приведены значения среднего времени пребы- вания частицы в зоне обратных токов. Проведенный анализ закономерностей из- менения времени τП показал следующее. Время τП как при наличии, так и при отсутствии эше- лонирования стабилизаторов, уменьшается с ростом коэффициента загромождения проход- ного сечения канала kf . При этом в случае эше- Рис. 5. Изменение по длине канала скорости U* на оси следа за стабилизаторами для LСМ = 0,5 (а) и LСМ = 1,0 (б) при kf = 0,3 (линии 1, 2) и kf = 0,6 (линии 3, 4) для первого (линии 1, 3) и второго (линии 2, 4) по потоку стабилизаторов. а) б) Табл. 3. Среднее время τПі пребывания частицы в зоне обратных токов при различных значениях коэффициента загромождения kf и величинах смещения стабилизаторов * CML kf 0,3 0,6 * CML 0,0 0,5 1,0 0,0 0,5 1,0 i 0 1 2 1 2 0 1 2 1 2 τПі , 10-2 с 1,79 3,27 4,05 1,56 2,19 1,17 1,66 2,44 0,98 1,94 лонированного расположения стабилизаторов для всех рассматриваемых значений kf и * CML время τП1 пребывания частицы в зоне обратных токов первого по потоку стабилизатора меньше ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №6 35 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА соответствующего значения τП2 для смещенно- го по ходу течения стабилизатора. Обращает на себя внимание также экстремальный харак- тер зависимости времени τП от величины сме- щения * CML стабилизаторов друг относительно друга. При этом указанная закономерность на- блюдается как для первого, так и для второго по ходу течения стабилизаторов. Остановимся вкратце на рассмотрении осо- бенностей влияния на характеристики течения величины kf для одиночного стабилизатора и стабилизаторной решетки. При проведении ис- следований в случае одиночного стабилизатора фиксированных размеров величина kf изменя- лась за счет перемещения боковых стенок кана- ла. В ситуации же, отвечающей решетке таких стабилизаторов, величина kf варьировалась по- средством изменения расстояния между стаби- лизаторами. Как отмечалось выше, расчетная область в случае стабилизаторной решетки при отсут- ствии эшелонирования стабилизаторов огра- ничивалась подобластью АА’В’В (рис. 1, а). Последнее оказывается правомерным в предпо- ложении гидродинамической и геометрической симметрии относительно оси межстабилиза- торной струи и пренебрежении краевыми эф- фектами, которые связаны с картиной течения для стабилизаторов, расположенных у стенок канала. При исследовании же обтекания оди- ночного стабилизатора ограниченным потоком рассмотрению подлежала также лишь указан- ная подобласть АА’В’В. А постановки задач для сопоставляемых ситуаций отличались только заданием граничных условий на участке АВ. Здесь для одиночного стабилизатора ставились условия прилипания, а для элемента стабилиза- торной решетки – условие гидродинамической симметрии. Как следует из результатов математическо- го моделирования, отвечающих указанным по- становкам задачи, наибольшие отличия срав- ниваемых профилей скорости имеют место в подобласти, прилежащей к ограничивающей поверхности АВ. Последнее, как очевидно, яв- ляется, следствием наличия различных гранич- ных условий на участке АВ. Причем с ростом коэффициента загромождения kf увеличивают- ся как размеры этой подобласти, так и расхо- ждения в значениях скорости. Что же касается зоны обратных токов, то для указанных раз- личных постановок задачи ее длина отличается весьма незначительно. К тому же данные отли- чия проявляются в большей мере с увеличени- ем степени загромождения проходного сечения канала. Выводы Представлены результаты исследований аэродинамической картины обтекания стаби- лизаторных решеток, состоящих из плоских стабилизаторов при наличии и отсутствии их эшелонированного расположения. При этом для обеих сопоставляемых ситуаций изучены эффекты влияния на структуру течения коэф- фициента загромождения проходного сечения канала kf . Применительно к эшелонированно- му расположению стабилизаторов установлены закономерности изменения различных характе- ристик течения при варьировании смещения стабилизаторов LСМ по потоку друг относи- тельно друга. Показано, что при эшелонированном рас- положении стабилизаторов течение оказыва- ется существенно асимметричным. При этом в исследуемом диапазоне изменения параметров длины зон обратных токов для выдвинутых вниз по потоку стабилизаторов оказываются значительно большими. Для обеих рассматриваемых ситуаций (при наличии и отсутствии эшелонирования стаби- лизаторов) выполнены исследования по опре- делению одного из важнейших параметров массообмена в рассматриваемых условиях, а именно среднего времени τП пребывания части- цы в зоне обратных токов. Проведен сравнительный анализ особен- ностей обтекания стабилизаторной решетки и одиночного стабилизатора в широком диапазо- не изменения степени загромождения канала. ЛИТЕРАТУРА 1. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Алешко С.А., ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №636 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА Шеренковский Ю.В., Меранова Н.О., Абду- лин М.З., Бутовский Л.Б., Коханенко П.С., Фе- дорченко Л.И. Численные исследования особен- ностей влияния шага между газоподающими отверстиями на закономерности смесеобразо- вания при микрофакельном сжигании топлива // Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики. Материалы ХIX международной конференции, 8–12 июня 2009, Ялта. – Киев: ИПЦ АЛКОН, 2009. – С. 177–179. 1. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Алешко С.А., Шеренковский Ю.В., Меранова Н.О., Абду- лин М.З., Коханенко П.С. Математическое мо- делирование структуры течения при микрофа- кельном сжигании топлива // Проблемы эко- логии и эксплуатации объектов энергетики. Материалы ХIX международной конференции, 10–14 июня 2008, Ялта. – Киев: ИПЦ АЛКОН, 2008. – С. 112–114. 2. Сударев А.В., Маев В.А. Камера сгорания газотурбинных установок. Интенсификация го- рения – Ленинград: Недра, 1990. – 274 c. 3. Соколов К.Ю., Тумановский А.Г., Майо- рова А.И., Сударев А.В., Виноградов Е.Д. Ис- следование гидродинамики и массообмена при обтекании стабилизатора противополож- но закрученными струями в кольцевом канале / Инженерно-физический журнал. – 1989, т.56, №1. – С. 12–18. 4. Бовина Т.А. Исследования обмена между зоной рециркуляции за стабилизатором и внеш- ним потоком и некоторые вопросы стабили- зации пламени. В кн.: Горение при понижен- ных давлениях и некоторые вопросы стабили- зации пламени в однофазных и двухфазных си- стемах. Москва: Издательство АН СССР, 1960. – С.58–70. Получено 24.09.2010 г.

Моделирование структуры течения изотермического потока в эшелонированной решетке плоских стабилизаторов пламени

Institution

Ähnliche Einträge