Стартовая >> Архив >> Генерация >> Закрученные потоки

Предисловие - Закрученные потоки

Оглавление
Закрученные потоки
Предисловие
Список обозначений
Характеристики закрученных потоков
Формирование закрученных течений
Основные эффекты закрутки
Теоретические методы
Проблемы моделирования поля течения
Осесимметричные закрученные течения
Неосесимметричные закрученные течения
Экспериментальные методы
Измерение температуры
Лазерный спекл-метод
Закрученные течения в технике
Поршневые двигатели
Газотурбинные двигатели
Топки, горелки, циклоны
Стабилизация пламени
Стабилизация пламени в однородной смеси
Спектр энергии турбулентных пульсаций
Влияние турбулентности на горение и скорость распространения пламени
Стабилизация пламени плохообтекаемым телом
Стабилизация пламени закруткой
Стабилизация пламени в камерах сгорания газотурбинных двигателей
Закрученные струи
Пламена в закрученных потоках
Вихревые явления и огневые смерчи
Характеристики турбулентности в закрученных течениях
Расчет слабозакрученных течений
Характерные особенности закрученных потоков
Рециркуляционные зоны
Размер и форма рециркуляционной зоны
Потеря устойчивости, распад вихри и прецессирующее вихревое ядро
Горение в закрученном потоке
Моделирование потоков в вихревых горелках
Пределы срыва и устойчивость пламени
Математическое моделирование потоков в вихревых горелках
Выбросы загрязняющих веществ
Промышленные топки и камеры сгорания с вихревыми горелками
Расчет сильнозакрученных струй
Расчет сильнозакрученных факелов
Проектирование вихревых горелок
Общие представления о циклонных сепараторах и камерах сгорания
Циклонные сепараторы
Циклонные камеры сгорания
Структура пламени в циклонной камере сгорания
Циклоны, циклонные камеры сгорания, образование рециркуляционного вихря
Расчет течения в циклонной камере
Труба Ранка-Хилша
Вихревые топки
Камеры сгорания газотурбинных двигателей
Шум, вызываемый неустойчивостью горения
Литература

Данная книга представляет собой многоплановое, широко иллюстрированное конкретными примерами введение в теорию и практику закрученных течений, включающее такие вопросы, как возникновение подобных течений в атмосфере и в технических устройствах с горением и без него. Книга ориентирована на специалистов-практиков. Рассмотренные в ней теоретические и экспериментальные методы будут полезны инженерам и конструкторам, сталкивающимся со сложными проблемами закрученных течений, а реальные возможности методов — для понимания и успешного решения этих проблем.
Закрученные течения широко распространены. Они наблюдаются во многих явлениях природы и часто используются в технике. В качестве примера (для случая отсутствия горения) можно указать на циклоны и торнадо в атмосфере, на водовороты в реках и водоемах, на вихревой след, оставляемый крылом самолета, на сепараторы и теплообменные аппараты циклонного типа, на дождевальные и разбрызгивающие удобрения сельскохозяйственные машины, на струйные насосы и химические реакторы с вихревым течением. Даже при анализе полета бумеранга и пчелы используются элементы теории закрученных течений. В технических устройствах с горением интенсивно используется существенное и благоприятное воздействие, оказываемое закруткой подводимых потоков воздуха и топлива на стабилизацию и интенсификацию процесса горения, для обеспечения эффективного и экологически чистого сжигания топлива в самых различных практических областях: в бензиновых и дизельных двигателях, в газовых турбинах и газотурбинных двигателях, в промышленных топках, котлах, а также в ряде других нагревательных систем. Как показывают экспериментальные исследования, закрутка радикальным образом влияет на поле течения — такие важные его свойства и характеристики, как распространение и затухание струй и эжекция вещества струей в инертных потоках, размеры и форма пламени и интенсивность горения в реагирующих потоках, существенно зависят от степени закрутки, сообщенной потоку.

Эксперименты являются большим подспорьем для конструкторов, однако их постановка обходится довольно дорого, и предварительный расчет поля течения с помощью математических моделей и численных методов в значительной мере способствовал бы удешевлению разработок н снижению эксплуатационных расходов Комбинируя экспериментальные и теоретические данные по аэродинамике горения с детализированными численными газодинамическими расчетами, применяя и совершенствуя соответствующие программы, можно значительно уменьшить продолжительность и стоимость разработок.
Важность всех этих вопросов и большой объем накопленных сведений побудили издательство Abacus Press включить данную книгу в новую серию публикаций Energy and Engineering Science. В ней рассматриваются различные аспекты закрученных течений и их использования, и в первую очередь характеристики поля течения. Ссылки в основном относятся к работам последних двух десятилетии. Наиболее современные данные можно получить из периодических изданий, трудов конференций и отчетов об исследованиях, проводимых университетами и научно-исследовательскими организациями. Во введении к гл. 1 излагаются фундаментальные концепции и описывается целый ряд практических приложений. В нее включены также основы моделирования и расчетов закрученных течений. Вопросы моделирования и идеологии эксперимента трактуются достаточно кратко, в той мере, насколько это необходимо для последующих глав. Подробности можно будет найти в другой книге упомянутой выше серии — «Диагностика и моделирование поля течения»*), к которой и отсылаются интересующиеся этим читатели.
Далее обсуждаются стабилизация пламени посредством закрутки потока смеси, конструкция и регулирование горелок, камер сгорания и топок. Гл. 2 содержит обзор исследований и прикладные вопросы горения, стабилизированного закруткой. В гл. 3 и 4 рассматриваются слабая и сильная закрутка потоков и дается обширный обзор литературы. По мере увеличения степени закрутки изменяются уровень турбулентности и структура течения в струях и пламенах. Явления вихреобразования в потоке и завихрений в пламени обсуждаются с позиций устойчивости и распада вихрей, образования циркуляционных зон и прецессии вихревого ядра. Рассмотрена также конструкция промышленных горелок и камер сгорания с закруткой потока. Приводятся примеры использования методов расчета течений со слабой и сильной закруткой, включая метод сквозного счета для уравнений типа уравнений пограничного слоя (при слабой закрутке) и метод последовательных приближений для расчета течений с циркуляционной зоной (при сильной закрутке). Важным практическим приложением является использование сильно закрученных течений в сепараторах и камерах сгорания циклонного типа — центральная тема гл. 5. Такие течения реализуются в циклонных очистителях воздуха (или газа) от пыли, в газовых ядерных ракетных двигателях, в трубах Ранка — Хилша, в циклонных камерах сгорания, в топках с тангенциальным подводом топлива и при сжигании мусора и других отходов. Здесь же рассмотрены имеющиеся расчетные исследования в данной области. Разнообразные приложения закрученных течений к практическим устройствам с горением обсуждаются в гл. 6 с точки зрения воздействия закрутки на шум и образование загрязняющих веществ. Анализируются проблемы конструирования перспективных промышленных топок и камер сгорания газотурбинных двигателей, связанные с необходимостью удовлетворить требованиям экономического и экологического характера. С той же точки зрения анализируются нынешнее состояние и перспективы развития двигателей внутреннего сгорания и возможностей расчета их характеристик. Приводятся наиболее современные данные о характеристиках целого ряда практических устройств, полученные как с помощью измерений в экспериментах, так и на основе расчетов, а также рекомендации относительно ведущихся разработок и будущих тенденций.
Данная книга посвящена исключительно закрученным течениям, их практическому использованию, прошлым и настоящим исследованиям, а также направлениям планируемых разработок Что касается особых требований, связанных с новизной и полезностью, которым должна удовлетворять эта книга, то ее авторам, как и авторам любой узкоспециальной публикации, было необходимо отобрать, обобщить и выстроить материал так, чтобы он наилучшим образом подходил для иллюстрации основных принципов и методов в рассматриваемой области знания. В настоящей книге конспективно представлены труды нескольких известных специалистов. В то же время ее отличительной особенностью является то, что из практических соображений упор делается на изложение концепций, применение которых может встретить трудности вследствие их малой известности или сложности.

*) Gupta А К., Lilley D G.. Flowfield modeling and diagnostics. Abacus Press (In preparation).

Выдвинутые в последнее время перспективные методы диагностики в экспериментальных исследованиях комбинируются в ходе обсуждения с новыми методами моделирования явлений и численного решения систем уравнений в попытке сбалансировать математический, физический и практический аспекты и создать книгу, которая привлечет читателей, желающих использовать для решения практических задач наиболее современные представления и методы.
Книга была задумана как руководство для инженеров-исследователей , работающих в промышленности и научно-исследовательских организациях и специализирующихся в области гидродинамики, горения, контроля загрязнения окружающей среды, методов диагностики и измерений, моделирования течения, а также как учебник для студентов старших курсов, предполагая, что в этом случае нужны общие представления о гидродинамике, горении, аэродинамике н соответствующем математическом аппарате. Предполагалось сформировать надежный фундамент для тех, кто намерен сам вести экспериментальные и теоретические исследования закрученных течений, и в то же время создать адекватное и исчерпывающее, хотя и краткое, руководство для тех, кто занимается использованием закрутки потока в конкретных задачах.
Авторы хотели бы выразить свою признательность всем тем, кто сотрудничал с ними в исследованиях последних лет, и тем, кто помогал в подготовке данной книги. Авторы особенно благодарны коллегам из различных стран, предоставившим свои работы и другую информацию по данному вопросу. Особую благодарность хотелось бы выразить Элис Биладо, Бекки Фаррел, Жанет Торранс, Джилл Филипс и Дайан Прайс за их терпение и помощь при подготовке рукописи книги. Наконец, авторы очень признательны издателям за плодотворное сотрудничество и постоянную заботу в процессе подготовки книги.
А. К. Гупта, Д. Дж. Лилли, Н. Сайред



 
« Дискуссия по поводу взрывобезопасности систем пылеприготовления   Защита генераторных цепей мощных энергоблоков от перенапряжений »
электрические сети