Aerodynamika Spalania
Utleniacz : powietrze(rzadziej sam tlen)
-pierwotne- powietrze które zostało wstępnie zmieszane z paliwem
-wtórne- powietrze podane później
Paliwo;
-gaz(mieszanie, może być bezpośrednio doprowadzone do płomienia)
- ciekłe( wymaga rozpylenia)
- stałe(wymaga rozdrobnienia, węgiel do palenisk pyłowych jest transportowany pneumatycznie za pośrednictwem gorącego powietrza lub spalin)
Spaliny: mieszanie (recyrkulacja), przekazywanie ciepła, erozja i korozja
Obiekty aerodynamiki spalania:
Podstawowe:
palniki,
- paleniska kotłowe,
- komory spalania.
Pomocnicze:
- rurociągi,
- młyny,
- separatory.
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.
ROLA MIESZANIA W PROCESACH SPALANIA
1. Do spalania trzeba,
Żeby paliwo było w kontakcie z tlenem (powietrzem).
2. Mieszanie jest procesem dzięki któremu paliwo uzyskuje kontakt z powietrzem.
3. W procesach spalania wyróżnia się dwa sposoby mieszania oraz dwa płomienie(ze względu na charakter przepływu)
a. mieszanie laminarne(mieszanie ma charakter molekularny)
b. mieszanie turbulentne(mieszanie ma charakter turbulentny)
Formowanie się pola przepływu bezpośrednio za palnikiem wpływa na
: -formowanie się płomienia,
- niedopał,
- zanieczyszczenia,
- przekazywanie ciepła
Strugi:
Strugi dzieli się na laminarne i turbulentne, struga laminarna powstaje przy małych prędkościach przy wypływie przez mały otwór, może później przejść w przejść w wypływ turbulentny. W większości palników przemysłowych wypływ ma charakter turbulentny.
Strefa recyrkulacji: która wytwarza się tuż za palnikiem, powoduje rozszerzenie zewnętrznych granic strugi, strefa niskiego ciśnienia którego gradient jest przeciwnie skierowany do kierunku przepływu głównego. Ma kształt wiru toroidalnego, odgrywa ważną rolę w stabilizacji płomienia gdyż tworzy obszar intensywnego mieszania produktów spalania. Dla małych liczb wiru (S<0,6) do wytworzenia przepływu recyrkulacyjnego niezbędny jest stabilizator przepływu.
Liczba wiru S: bezwymiarowy parametr charakteryzujący intensywność zawirowania przepływu, kryterium podobieństwa dla strug zawirowanych wytworzonych przez obiekty geometryczne (zawirowywacze)
S = Gφ/(0,5Gxdo)
Gx- strumień pędu osiowego
Gφ-strumień pędu obwodowego
Metody zawirowania strug:
-styczne doprowadzenie gazu do cylindrycznej komory spalania
-łopatkowe zawirowywacze umieszczone w przewodzie dolotowym
-wirujące konstrukcje mechaniczne, które wywołują ruch wirowy
Gdy S<0,6 nie występuje strefa recyrkulacji !!!
Liczba Reynoldsa określa charakter przepływu, czy jest ona laminarny czy turbulentny.
Gdy Re>Re(krytycznego) występuje przepływ turbulentny.
Re(kr)
– wodór: 2000
– gaz miejski: 3000–4000
– tlenek węgla: 5000
– wodór + powietrze pierwotne: 5500–8500
– gaz miejski + powietrze pierwotne 5500–8500
– propan, acetylen: 9000–10000
– metan: 3000
Re=ud/v
v-lepkość kinematyczna
u- prędkość wypływu
Laminaryzacja- wewnątrz płomienia turbulentnego powstaje strefa spalania laminarnego na skutek dużej lepkości spalin.
Stabilizacja płomieni:
-w warstwie granicznej( jest możliwe dzięki temu, że prędkość mieszanki na ściance palnika jest równa zeru, polega na lokalnym zmniejszeniu prędkości wypływu poniżej prędkości propagacji)
-płomieniem pilotującym( nie jest to najlepszy sposób stabilizacji ponieważ płomień może być zdmuchnięty)
-recyrkulacją spalin
-ciałem nie opływowym( powstaje strefa recyrkulacji w której spalanie ma w przybliżeniu adiabatyczny charakter,)
Stabilność płomienia za statecznikiem można zwiększyć przez:
-zwiększenie wymiarów stabilizatora
-zwiększenie temp początkowej mieszaniny
-zbliżenie się do stechiometrycznych warunków spalania
Palniki wytwarząjące z płomień zawirowany nazywamy palnikami wirowymi, paleniska cyklonowe inaczej wirowe komory spalania.