AERODYNAMIKA SPALANIA

Transkrypt

1 AERODYNAMIKA SPALANIA

2 ZNACZENIE AERODYNAMIKI SPALANIA Paliwo Komora spalania, palenisko Ciepło Praca Spaliny Powietrze Ciepło Praca Odpady paleniskowe Rektor przepływowy

3 CZYNNIKI Utleniacz: Paliwo: Spaliny: - powietrze (pierwotne, wtórne) - gaz (mieszanie), olej (rozpylanie), pył (transport) - mieszanie (recyrkulacja), przekazywanie ciepła, erozja i korozja

4 OBIEKTY AERODYNAMIKI SPALANIA Podstawowe: - palniki, - paleniska kotłowe, - komory spalania. Pomocnicze: - rurociągi, - młyny, - separatory.

5 ZADANIA PALENISKA I PALNIKA - dostarczenie do paleniska strumienia paliwa zapewniającego moc cieplną, - dostarczenie do paleniska strumienia powietrza zapewniającego wymagane λ, - mieszanie powietrza z paliwem zapewniające wymaganą formę płomienia - utrzymanie paliwa w palenisku dostatecznie długo dla zapewnienia wypalenia.

6 ROLA MIESZANIA W PROCESACH SPALANIA 1. Do spalania trzeba, Ŝeby paliwo było w kontakcie z tlenem (powietrzem). 2. Mieszanie jest procesem dzięki któremu paliwo uzyskuje kontakt z powietrzem. 3. W procesach spalania wyróŝnia się dwa sposoby mieszania: a. mieszanie laminarne, b. mieszanie turbulentne.

7 MIESZANIE A CHARAKTER PŁOMIENIA 1. ZaleŜnie od charakteru przepływu wyróŝnia się płomienie: laminarne turbulentne. 2. W płomieniach laminarnych mieszanie ma charakter molekularny. 3. W płomieniach turbulentnych mieszanie ma charakter turbulentny.

8 BLISKA AERODYNAMIKA SPALANIA Formowanie się pola przepływu bezpośrednio za palnikiem wpływa na: - formowanie się płomienia, - niedopał, - zanieczyszczenia, - przekazywanie ciepła.

9 STRUGI

10 STRUGA SWOBODNA W PRZESTRZENI dysza

11 STRUKTURA STRUGI PROSTEJ

12 PROFILE PRĘDKOŚCI STRUGI PROSTEJ Profil osiowy strugi Profil poprzeczny strugi

13 MIESZANIE SIĘ STRUG Wpływ gradientu profilu prędkości y 0 x

14 MIESZANIE SIĘ STRUG POPRZECZNYCH u 1 u 2 D c h Strumień penetrujący przepływ s widok z góry

15 STRUGI WSPÓŁOSIOWE y x

16 STRUGI ZAWIROWANE

17 STRUGI ZAWIROWANE W OBSZARZE NIEOGRANICZONYM

18 STRUKTURA STRUGI SILNIE ZAWIROWANEJ

19 STRUGA ZAWIROWANA W OBSZARZE OGRANICZONYM

20 LICZBA WIRU: S S = G φ /(0,5 G xd o ) G x - strumień pędu osiowego, G x = R uρu2πrdr + R 0 0 P2πrdr G φ - strumień pędu obwodowego G R = φ 0 ( wr) ρu2πrdr,

21 STREFA RECYRKULACJI w STRUGACH ZAWIROWANYCH

22 ZAWIROWYWACZ ŁOPATKOWY β 2R h 2R

23 TURBULENCJA

24 TURBULENCJA - DEFINICJA u = u śr + u, T = T śr + T

25 GENERACJA TURBULENCJI Warstwa przyścienna Ślad aerodynamiczny Struga swobodna

26 LAMINARNE I TURBULENTNE MIESZANIE

27 STRUKTURA TURBULENTNEGO PŁOMIENIA Stosunek u kw/sl Re < Re = 1 Reaktor doskonałego wymieszania Da < 1 Da = 1 Strefa spalania rozproszonego Płomyki pofałdowane Płomyki pomarszczone Stosunek l/l F Da > 1 Ka > 1 Ka = 1 Ka < 1 Strefa płomyków

28 POWIERZCHNIOWY MECHANIZM SPALANIA TURBULENTNEGO S T S L S T = A L S L A T A T A L

29 WYSPOWY MECHANIZM SPALANIA TURBULENTNEGO u o c = 0 c = 1

30 MECHANIZM TURBULENTNEGO SPALANIA Model spalania mikroobjętościowego

31 PRZEJŚCIE OD PŁOMIENIA LAMINARNEGO DO TURBULENTNEGO Zmiany wysokości i struktury płomienia gazowego ze wzrostem prędkości wypływu

32 Przejście od płomienia laminarnego do turbulentnego krytyczna liczba Re Re kr wodór: 2000 gaz miejski: tlenek węgla: 5000 wodór + powietrze pierwotne: gaz miejski + powietrze pierwotne propan, acetylen: metan: 3000

33 STABILIZACJA PŁOMIENI

34 POŁOśENIE PŁOMIENIA Front płomienia Kierunek przepływu mieszanki palnej S u α U Kierunek propagacji płomienia S u = U cos(α)

35 WARUNEK STABILNOŚCI PŁOMIENIA Co najmniej w jednym punkcie składowa prędkości przepływu na normalną do czoła płomienia jest równa prędkości płomienia.

36 SPOSOBY STABILIZACJI PŁOMIENI w warstwie granicznej płomieniem pilotującym recyrkulacją spalin

37 STABILIZACJA PŁOMIENI GORĄCYMI SPALINAMI Stabilizacja gorącymi spalinami: - pilotujący płomień, - recyrkulacja spalin. Recyrkulacja: - zewnętrzna, - wewnętrzna.

38 Stabilizacja płomieni recyrkulacja zewnętrzna Recyrkulacja zewnętrzna wywołana działaniem strugi

39 STABILIZACJA PŁOMIENI RECYRKULACJA WEWNĘTRZNA Wywołana: - umieszczeniem w przepływie ciał nieopływowych, - silnym zawirowaniem przepływu.

40 STABILIZACJA PŁOMIENI SPOSOBY GENERACJI RECYRKULACJI Przykłady generatorów przepływów recyrkulacyjnych

41 DZIAŁANIE STATECZNIKA PŁOMIENIA Zasada stabilizacji płomienia statecznikiem

42 STABILIZACJA PŁOMIENIA GAZOWEGO NA STOśKU

43 Charakterystyka statecznika Zakres stabilności spalania

44 Charakterystyka stateczności zawirowanego płomienia Wpływ liczby wiru S na zakres stabilności płomienia pyłowego