- ЦИКЛОНЫ, ЦИКЛОННЫЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ,
ОБРАЗОВАНИЕ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВИХРЯ
И ПРЕЦЕССИЯ ВИХРЕВОГО ЯДРА
Анализ явления образования рециркуляционного вихря и прецессии вихревого ядра в вихревых горелках дан в гл. 4.
В частности, показано, что режим горения очень сильно воз действует на прецессию вихревого ядра; горение перемешанной смеси повышает и частоту, и амплитуду прецессии, а диффузионное горение способствует снижению амплитуды примерно на порядок величины.
Рис. 5.29. Зависимость безразмерного параметра частоты от числа Рейнольдса в изотермических условиях [100].
Количество входных патрубков: А — 8; В — 4; С — 2.
На выходе были обнаружены четыре раздельных ПВЯ, а снаружи камеры на границе внешней зоны обратного течения находилось вторичное кольцо, содержащее множество вихревых ядер [69].
Поведение прецессирующих вихревых ядер в выходной части циклонной камеры типа II (рис. 5.13) изучалось в работе [100] при горении и без него. На рис. 5.29 показано изменение параметра частоты в зависимости от числа Рейнольдса для различных значений параметра закрутки (изменяемого путем перекрытия нескольких тангенциальных каналов циклона из восьми) Для сравнения включены результаты по вихревым горелкам. Параметр при больших значениях чисел Рейнольдса стремится к постоянному значению как в случае вихревых горелок, так и в случае циклонных камер. В работе [112] сделан вывод о том, что при малых числах Рейнольдса и больших значениях параметра закрутки происходит возникновение рециркуляционного вихря. До образования рециркуляционного вихря прецессии вихревого ядра не происходит.
Рис. 5.30. Зависимость безразмерного параметра частоты от числа Рейнольдс* и состава смеси при сжигании перемешанной смеси [100]. Штриховая линия соответствует изотермическим условиям.
Возможно, здесь имеет место механизм возбуждения колебаний, подобный обнаруженному в работе [115], согласно которому подавленная процессе вихревого ядра способна возбуждать четвертьволновые колебания в длинной трубе, присоединенной к вихревой горелке.
Таким образом, очевидно, что явления, связанные с прецессирующими вихревыми ядрами в циклонных камерах сгорания, более сложны, чем в простых вихревых генераторах и горелках. Прецессионное движение вихревого ядра в циклонных камерах сгорания может соответствовать следующим трем типам течения:
Тип 1. Реализуется в длинных циклонных камерах (L/D0 > 4) и в камерах, у которых тангенциальные входные каналы группируются вблизи выхода.
Тип 2. Такое же течение, как в случае вихревых горелок описанное в гл. 4. При некотором значении числа Рейнольдса когда параметр закрутки S превышает значение 0,6, на выходе происходит образование рециркуляционного вихря. При дальнейшем увеличении S этот вихрь распространяется внутрь циклона, достигая в конце концов торцевой стенки. Связанная с этим явлением прецессия вихревого ядра, которая следует за образованием вихря, ограничивается в основном областью выхода, как это наблюдается в вихревых горелках.
Тип 3. Как уже указывалось выше, внутри циклонной камеры может образоваться несколько концентрических областей обратного течения. В коротких камерах (L/D0 ≤1) области прецессирующих вихревых ядер могут образоваться вокруг рециркуляционных зон переменкой площади, включая наружную зону обратного потока [89].
Предполагается, что в трубе Ранка — Хилша, для которой L/D0> 4, прецессия вихревого ядра благоприятно воздействует на процесс энергетического разделения. Единственное достойное внимания сообщение о явлении третьего типа касается вихревых камер малой высоты — конфигурации, которая сильно отличается от большинства циклонных камер, обсуждаемых в данной главе. Однако в работах [72—74] отмечаются низкочастотные колебания и неустойчивость в нижней части длинных циклонных камер; это явление может быть вызвано прецессией вихревого ядра первого или третьего типа. В работе [116] также упоминается фильм, в котором можно видеть эти низкочастотные колебания в циклонной камере. Вращающиеся вихри очень напоминают и предмет исследования работы [117].
Прецессия вихревого ядра второго типа, аналогичная форме колебаний в вихревой горелке, является осложняющим обстоятельством для работы циклонных камер.
В циклонной камере вероятнее всего появление прецессии вихревого ядра второго типа, аналогичной колебаниям в вихревой горелке. Эта проблема существенна в случае использования очень длинных циклонных камер. Один из подобных циклонов имел длину 6,55 м и диаметр 2,29 м, а его конструкция аналогична конструкции, показанной на рис. 5-14. Полученная путем экстраполяции результатов лабораторных экспериментов частота прецессии вихревых ядер составляла от 2 до 4 Гц. Колебания горения вызывают эксплуатационные осложнения, а для устранения прецессии вихревых ядер требуется установка центральных тел и спрямляющих лопаток.
