| 平面生物質(zhì)燃燒機(jī)模型的空氣動(dòng)力學(xué)研究 |
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平面生物質(zhì)燃燒機(jī)模型的空氣動(dòng)力學(xué)研究 蘇聯(lián)歐洲部分的很多熱電站，由于從很多礦井和燃料力工企：蝦r]電站提供質(zhì)量不穩(wěn)定的固體燃料以及季節(jié)性地向電站供應(yīng)固體、液體和氣體燃料，運(yùn)行出現(xiàn)了困難。此外，負(fù)荷曲線的晝夜不均勻性電增長(zhǎng)很快。一方面，這使鍶爐機(jī)紅的運(yùn)行復(fù)雜化，另一方面又向我們提出了創(chuàng)造通用燃燒設(shè)備的任務(wù)。對(duì)這種燃燒設(shè)備歷提出的主要要求之一是保證火焰中心的位置可控制。眾所周知的一些控制火焰中心的方法有一系列重大的缺點(diǎn)、例如：燒烘器多排布置時(shí)必須用過(guò)量空氣冷卻停尼的生物質(zhì)燃燒機(jī)。2j前所采用過(guò)的具有轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的直流生物質(zhì)燃燒機(jī)，由于運(yùn)行復(fù)雜和不可靠，沒(méi)有得到普遍妊二廣。 目前（UkTu，B FP 3C和Tk 3）設(shè)計(jì)了平面火焰綜合式燃?xì)て鱚。新結(jié)構(gòu)，從一科型式的燃料過(guò)渡到另一種型式的燃料時(shí)，這種生物質(zhì)燃燒機(jī)用重韶i分配主氣ril方法能礬；鹧娴奈恢每煽刂啤］喠魅加妹，氣體和重油時(shí)，這種生物質(zhì)燃燒機(jī)在幾個(gè)電站曲出力為230噸，時(shí)(九臺(tái))和640噸／時(shí)（一臺(tái)）的鍋爐上運(yùn)行很成功。下面根據(jù)模型上的試驗(yàn)結(jié)果，簡(jiǎn)要地介紹生物質(zhì)燃燒機(jī)昀作用原理及其主要空氣動(dòng)力特性。 平面生物質(zhì)燃燒機(jī)屬于直流生物質(zhì)燃燒機(jī)這一類。它的作用原理是以利用兩股流動(dòng)方向彼此成一定角度的空氣射流的碰撞效應(yīng)為基礎(chǔ)的。在兩股射流和燃嫡器之間組成一個(gè)“三角形”，燃料送入其中，它被卷吸進(jìn)來(lái)的燃料熾熱燃燒產(chǎn)物所點(diǎn)燃。 射流碰撞時(shí)．已著火的燃料開(kāi)始和空氣強(qiáng)烈混合。碰撞后射流議“撞碎,，形成有很大表面積的平面匯合射流。由于射流主要是在一個(gè)平面內(nèi)膨脹并強(qiáng)烈地卷吸其燃燒產(chǎn)物，射流速度很快下降。 在空氣噴口垂直布置時(shí)，火焰平面位于水平方向上，火焰的偏斜角度用改變上、下空氣噴口內(nèi)空氣流量比值的方法來(lái)調(diào)節(jié)。 現(xiàn)有的碰撞射流研究資料(獻(xiàn)義1)，是在相遇角。40 0以下）、對(duì)于在馬丁爐內(nèi)燃燒低熱值氣體的條件得出的。在這樣的相遇角下，呈現(xiàn)出來(lái)的匯合射流特點(diǎn)不明顯，不能保證特性變化很大的不同型式燃料的強(qiáng)烈燃燒。因此。在所研究的平面火焰燃器燒模型中，取射流的相遇角等于60 0，選擇這樣的相遇角是正確的，已被現(xiàn)有鍋爐上平面火焰生物質(zhì)燃燒機(jī)的運(yùn)行實(shí)踐所證實(shí)。 平面生物質(zhì)燃燒機(jī)的模型研究是在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的，這使我們能研究從燃流器流I句無(wú)限空間的氣流在出口處的空氣動(dòng)力學(xué)特性。模型安裝得和壁面平齊，壁面模擬前墻水冷壁。模型的結(jié)構(gòu)示如圖l。它由外殼、兩個(gè)直徑為60×3毫米的二次風(fēng)管和一次風(fēng)管所組成，后者的噴口在水平面內(nèi)扁平。二次風(fēng)射流軸線的交點(diǎn)離生物質(zhì)燃燒機(jī)切面的距離為80高米。 在上、下二次風(fēng)噴管的流量比不同(GB／GH=1．O，1.15、1.3)和一次風(fēng)流量不變時(shí)進(jìn)行空氣動(dòng)力測(cè)量。測(cè)量截面分布在離燃旃器切面5、l00、soo，500、700、900．1100高米的距離上，以二次風(fēng)噴日韻日徑表示，這相當(dāng)予0.1、1.6、5.6、9、13、17，20．在一、二次風(fēng)速為42和55米／秒之時(shí)進(jìn)行研究。此時(shí)雷諾數(shù)（按二次風(fēng)和一次道計(jì)算）在(1.2～2．o)×105的范圍內(nèi)變化，這與流動(dòng)的自；瘏^(qū)相符。 借助于三孔園形探針在氣流的每一點(diǎn)內(nèi)測(cè)量速度的大小和方向，這就有可能計(jì)算水平分速度（流速）Wx和垂直分速度Wz。根據(jù)所求出的速度畫(huà)出匯合射流橫截面內(nèi)的等速線，其形狀接近于橢園。用圖解積分法確寵軸線方向上的空氣流量并算出沿射流長(zhǎng)度的引射系數(shù)p=△G/G，式中G-流量增加，而G-送至生物質(zhì)燃燒機(jī)的總風(fēng)量 射流在水平面和垂直面內(nèi)的擴(kuò)張角按假想邊界確定，，在假想邊界上軸向速度為射流平均（按動(dòng)量平均）出口速度的10% 后者接下式計(jì)算計(jì)： 因此，所進(jìn)行的測(cè)量能找出噴咀最重要的J工作特性．射流軸線離開(kāi)起始位置的偏斜角與二次風(fēng)通道內(nèi)流量比的關(guān)系；平面射流在水平方向和垂直方向的擴(kuò)張角J平面射流軸線上的迅度變化和引射系數(shù)沿射流軸線長(zhǎng)度的變化。 圖2表示軸向分速度在生物質(zhì)燃燒機(jī)水平對(duì)稱平面和垂直對(duì)稱平面內(nèi)的分布。由圖2，ol可見(jiàn)，在水平對(duì)稱平面內(nèi)燃燃器切面處有速度的“凹陷”并在距離兩倍口徑左右( L=loo毫米)明顯地出現(xiàn)速度的最大值，至I./d= s.s(L= 300毫米)的截面速度最大值消失。在垂直對(duì)稱平面內(nèi)（圖2、B）1=5毫米的截面中軸向速度有三個(gè)最大值和兩個(gè)最小值，這決定于用三個(gè)噴口供給二次風(fēng)和一次風(fēng)。 二次風(fēng)量比G B／GH從1.0到1.3變化時(shí)，生物質(zhì)燃燒機(jī)垂直對(duì)稱平面內(nèi)的軸向速度最大值的位置越來(lái)越往下移。由圖3可見(jiàn)；二次風(fēng)流量比每變化15%，射流軸線偏斜角約變化 圖4畫(huà)出了生物質(zhì)燃燒機(jī)水平對(duì)稱平面和垂直對(duì)稱平面內(nèi)的等速線，它們說(shuō)明：平面射流的擴(kuò)張角在水平方向（按Wx=6米／秒的等速線計(jì)算）約等于85。，而在垂直方向?yàn)?2。。 射流軸線上速度沿其長(zhǎng)度的變化示如圖5。將平面射流的試驗(yàn)曲線和所提供的園形自由射流范圍內(nèi)的曲線進(jìn)行對(duì)比可見(jiàn)。在用射流碰撞法所形成的平面射流中軸向速度的衰減強(qiáng)烈得多，并可以用軸線對(duì)稱射流的r.H.阿勃拉莫維奇方程式L文獻(xiàn)2）來(lái)描述。 匯合平面射流的結(jié)構(gòu)系數(shù)c【值比軸線對(duì)稱射流大1倍(0.14對(duì)0.07)。圖5，B表示引射系數(shù)i3沿平面射流長(zhǎng)度的變化，是由試驗(yàn)得出的。圖中也畫(huà)出了按r．H．阿勃拉莫維奇公式計(jì)算出來(lái)的園形自由射流l3與L/d的關(guān)系曲線以段按同一方程式[:3= 2.22 (2 ccL/b+0.29) - 1 (4)計(jì)算出來(lái)的匯合射流的關(guān)系曲線。 和式(3)-樣，上式對(duì)園形自由射流=0.07，對(duì)匯合平面射流Q=o．14。 由5。B可見(jiàn)：射流成60。角碰撞時(shí)所形成的平面射流，其引射能力比普通的軸線對(duì)稱射流大1倍。 最后可指出：普通的直流平面射流隨著流動(dòng)很快喪失平面形狀，因?yàn)樗谏淞鞯拇怪泵鎯?nèi)強(qiáng)烈膨脹。所進(jìn)行的研究表明：兩股園形射流碰撞時(shí)所形成的平面射流和從矩形（縫隙）噴口流出的平面射流不一樣，它的膨脹在其大尺寸方向很劇烈，在小尺寸方向十分微略。換句話說(shuō)：與普通的平面射流相比，這種射流保持其平面形狀的時(shí)間要長(zhǎng)得多，此時(shí)射流寬度與其厚度之比約等子5或更大，這點(diǎn)由圖6也可看出，圖6上表示了匯合射流兩個(gè)橫截面內(nèi)的等速線。 結(jié)論 1．平面生物質(zhì)燃燒機(jī)模型的空氣動(dòng)力學(xué)研究表明：上、-二次噴口的流量晚每變化5%，匯合平面射流偏離起始位置的角度約為4。 2．平面火焰在水平方向和垂直方向內(nèi)的擴(kuò)張角約等于900和12 0。 3.忙合射流軸線上的速度衰減比園形自由射流大l倍。匯合射流的引射能力也比園形自由射流大1倍。
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