平面生物质燃烧机模型的空气动力学研究

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平面生物质燃烧机模型的空气动力学研究
苏联欧洲部分的很多热电站，由于从很多矿井和燃料力工企：虾r]电站提供质量不稳定的固体燃料以及季节性地向电站供应固体、液体和气体燃料，运行出现了困难。此外，负荷曲线的昼夜不均匀性电增长很快。一方面，这使锶炉机红的运行复杂化，另一方面又向我们提出了创造通用燃烧设备的任务。对这种燃烧设备历提出的主要要求之一是火焰中心的位置可控制。众所周知的一些控制火焰中心的方法有一系列重大的缺点、例如：烧烘器多排布置时用过量空气冷却停尼的生物质燃烧机。2j前所采用过的具有转动喷口的直流生物质燃烧机，由于运行复杂和不可靠，没有得到普遍妊二广。
目前（UkTu，B FP 3C和Tk 3）设计了平面火焰综合式燃壳器^。新结构，从一科型式的燃料过渡到另一种型式的燃料时，这种生物质燃烧机用重韶i分配主气ril方法能矾保火焰的位置可控制。轮流燃用煤，气体和重油时，这种生物质燃烧机在几个电站曲出力为230吨，时(九台)和640吨／时（一台）的锅炉上运行很成功。下面根据模型上的试验结果，简要地介绍生物质燃烧机昀作用原理及其主要空气动力特性。
平面生物质燃烧机属于直流生物质燃烧机这一类。它的作用原理是以利用两股流动方向彼此成一定角度的空气射流的碰撞效应为基础的。在两股射流和燃嫡器之间组成一个“三角形”，燃料送入其中，它被卷吸进来的燃料炽热燃烧产物所点燃。
射流碰撞时．已着火的燃料开始和空气强烈混合。碰撞后射流议“撞碎,，形成有很大表面积的平面汇合射流。由于射流主要是在一个平面内膨胀并强烈地卷吸其燃烧产物，射流速度很快下降。
在空气喷口垂直布置时，火焰平面位于水平方向上，火焰的偏斜角度用改变上、下空气喷口内空气流量比值的方法来调节。
现有的碰撞射流研究资料(献义1)，是在相遇角小（40 0以下）、对于在马丁炉内燃烧低热值气体的条件得出的。在这样的相遇角下，呈现出来的汇合射流特点不明显，不能特性变化很大的不同型式燃料的强烈燃烧。因此。在所研究的平面火焰燃器烧模型中，取射流的相遇角等于60 0，选择这样的相遇角是正确的，已被现有锅炉上平面火焰生物质燃烧机的运行实践所证实。
平面生物质燃烧机的模型研究是在试验台上进行的，这使我们能研究从燃流器流I句无限空间的气流在出口处的空气动力学特性。模型安装得和壁面平齐，壁面模拟前墙水冷壁。模型的结构示如图l。它由外壳、两个直径为60×3毫米的二次风管和一次风管所组成，后者的喷口在水平面内扁平。二次风射流轴线的交点离生物质燃烧机切面的距离为80高米。
在上、下二次风喷管的流量比不同(GB／GH=1．O，1.15、1.3)和一次风流量不变时进行空气动力测量。测量截面分布在离燃旃器切面5、l00、soo，500、700、900．1100高米的距离上，以二次风喷日韵日径表示，这相当予0.1、1.6、5.6、9、13、17，20．在一、二次风速为42和55米／秒之时进行研究。此时雷诺数（按二次风和一次道计算）在(1.2～2．o)×105的范围内变化，这与流动的自模化区相符。
借助于三孔园形探针在气流的每一点内测量速度的大小和方向，这就有可能计算水平分速度（流速）Wx和垂直分速度Wz。根据所求出的速度画出汇合射流横截面内的等速线，其形状接近于椭园。用图解积分法确宠轴线方向上的空气流量并算出沿射流长度的引射系数p=△G/G，式中G-流量增加，而G-送至生物质燃烧机的总风量
射流在水平面和垂直面内的扩张角按假想边界确定，，在假想边界上轴向速度为射流平均（按动量平均）出口速度的10% 后者接下式计算计：
因此，所进行的测量能找出喷咀重要的J工作特性．射流轴线离开起始位置的偏斜角与二次风通道内流量比的关系；平面射流在水平方向和垂直方向的扩张角J平面射流轴线上的迅度变化和引射系数沿射流轴线长度的变化。
图2表示轴向分速度在生物质燃烧机水平对称平面和垂直对称平面内的分布。由图2，ol可见，在水平对称平面内燃燃器切面处有速度的“凹陷”并在距离两倍口径左右( L=loo毫米)明显地出现速度的大值，至I./d= s.s(L= 300毫米)的截面速度大值消失。在垂直对称平面内（图2、B）1=5毫米的截面中轴向速度有三个大值和两个小值，这决定于用三个喷口供给二次风和一次风。
二次风量比G B／GH从1.0到1.3变化时，生物质燃烧机垂直对称平面内的轴向速度大值的位置越来越往下移。由图3可见；二次风流量比每变化15%，射流轴线偏斜角约变化
图4画出了生物质燃烧机水平对称平面和垂直对称平面内的等速线，它们说明：平面射流的扩张角在水平方向（按Wx=6米／秒的等速线计算）约等于85。，而在垂直方向为12。。
射流轴线上速度沿其长度的变化示如图5。将平面射流的试验曲线和所提供的园形自由射流范围内的曲线进行对比可见。在用射流碰撞法所形成的平面射流中轴向速度的衰减强烈得多，并可以用轴线对称射流的r.H.阿勃拉莫维奇方程式L文献2）来描述。
汇合平面射流的结构系数c【值比轴线对称射流大1倍(0.14对0.07)。图5，B表示引射系数i3沿平面射流长度的变化，是由试验得出的。图中也画出了按r．H．阿勃拉莫维奇公式计算出来的园形自由射流l3与L/d的关系曲线以段按同一方程式[:3= 2.22 (2 ccL/b+0.29) - 1 (4)计算出来的汇合射流的关系曲线。
和式(3)-样，上式对园形自由射流=0.07，对汇合平面射流Q=o．14。
由5。B可见：射流成60。角碰撞时所形成的平面射流，其引射能力比普通的轴线对称射流大1倍。
后可指出：普通的直流平面射流随着流动很快丧失平面形状，因为它在射流的垂直面内强烈膨胀。所进行的研究表明：两股园形射流碰撞时所形成的平面射流和从矩形（缝隙）喷口流出的平面射流不一样，它的膨胀在其大尺寸方向很剧烈，在小尺寸方向十分微略。换句话说：与普通的平面射流相比，这种射流保持其平面形状的时间要长得多，此时射流宽度与其厚度之比约等子5或更大，这点由图6也可看出，图6上表示了汇合射流两个横截面内的等速线。
结论
1．平面生物质燃烧机模型的空气动力学研究表明：上、-二次喷口的流量晚每变化5%，汇合平面射流偏离起始位置的角度约为4。
2．平面火焰在水平方向和垂直方向内的扩张角约等于900和12 0。
3.忙合射流轴线上的速度衰减比园形自由射流大l倍。汇合射流的引射能力也比园形自由射流大1倍。