PDF《砂光粉喷燃火焰运动轨迹的初步研究》

3 无旋流片圆截面喷管喷燃火焰的运动轨迹方程 无旋流片圆截面喷管具有结构简单、易于制造且运行可靠等优点,目前成为砂光粉喷燃系统中广泛 采用的主流喷管型式,对其喷燃火焰的运动轨迹方程进行分析、推导,更具实用价值. 3.

1 物理模型 设砂光粉气流以速度 Wo 经内径为 do 的无旋流片圆截面喷管喷入炉膛内燃烧,喷管轴心线与喷射 方向的水平线成 α 角,炉内主气流的速度为 W2 、温度为 T2

0 由于砂光粉颗粒很小(其粒径一般在

0 . 065~0 .

097 mm)[升,其组成成分中, 80% 以上为木质纤维, 且含水率 一 般低于 10% ,所以,在与空气预先混合形成砂光粉气流喷入高温炉膛时,其燃烧速度很快, 且燃烧较完全,为便于分析计算,可近似认为:砂光粉气流在离开喷管的瞬间即全部充分燃烧,这样即可 将砂光粉喷燃火焰看成是初始速度为 W1 、温度为凡的气体射流,该气体射流的运动轨迹即可作为砂 光粉喷燃火焰的运动轨迹. 因此,建立如下物理模型,用以研究无旋流片圆截面喷管喷燃火焰的运动轨迹方程: "温度为 T1 、速度为 W1 的气体,经直径为 do 的无旋流片圆截面喷管,喷入温度为 T2 、速度为 W2 的垂直向上的主气流中.喷管轴心线与喷射方向的水平线成 α 角." 由于 T

1 通常不等于 T2 , 所以,这类射流在流体力学中称为温 差 射流.由于温 差 射流具有轴对称 特征[4] ,所以,其运动轨迹可用轴心线方程及射流截面直径的变化规律进行描述. 3.2 轴心线方程 如图

2 所示,以喷管出口中心点作为坐标原点建立直角坐标系,其中 , x 轴为过原点的沿喷射方向 的水平线 'y 轴为过原点的铅垂线:喷射角 α 为喷管中心线与工轴的夹角:直线1c虚线)为射入静止空 间的无温差射流的轴心线 'y 为该轴心线上点 A' 的高度:曲线 2( 点划线)为射入主气流的无温差射流的 轴心线,在速度为 W2 的向上流动的主气流作用下,无温差 射流产 生向上的偏转,点A' 上升为点 A" , 其 增加的纵向高度为 ym: 曲线 3( 实线)为射入主气流的温 差 射流的轴心线,在浮力的作用下,射流轴心线 进一 步向上偏转,点A//上升为点 A"' , 其增加的纵向高度为 y , 所以,点 A州的高度为 -

60 1997 年总 第73 期孙军:在!、光粉喷燃火焰运动轨迹的初步研究 y = y/ + y// + y/// ( 1) 根据图

2 可得 / y xtanα (2) 尸rs~~T ds rs w气W1 ym = |W卢=|W = |J-ids )oJ0214rnz Jowr114rnz

7 / ./" ~ --卢二/二---卢Fw2 rs w1 , 14r1J O Wm us lt'ft!f'tf 式中, τ一一射流中心点到达 A' 点所需要的时间: 5一一射流中心点到达 A' 点所经历的距离: 图2物理模型 W川一一射流中心点的速度. Fig.2 Physical moclel 根据无旋流片圆截面喷 管 射流的运动分析理论 可得 W m

0 .48do W1αs+0.147do 式中, α 为喷管的紊流系数, α =

0 .076~

0 .08

0 因此 句rsas+0.147dfI W句n