CC BY
11
Подымов В.Н.
ПОЛУЭМПИРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДИНАМИКИ ИМПУЛЬСНЫХ КАМЕР
Рассмотрена динамика выхлопа импульсной камеры. Получены формулы, связывающие импульс выхлопа с полем деформации пылезоловых отложений на поверхности нагрева.
Ключевые слова: импульсные камеры, скорость выгорания, импульс, выхлоп.
Зажигая горючую смесь у закрытого конца трубы можно получить высокоскоростное распространение пламени и, соответственно, сильное кратковременное истечение продуктов сгорания из открытого конца - выхлоп. Устройства, реализующие этот процесс, получили название «импульсные камеры». Выхлоп способен динамически воздействовать на окружающую среду и тела. Дополняя импульсную камеру звеньями, необходимыми для организации автоколебаний можно разрабатывать автоматически действующие аппараты применительно к той или иной технологии.
Исследования и разработка импульсных камер были направлены, прежде всего, на выяснение способности импульсной камеры разрушать выхлопом непрочные тела. Способность эта оказалась полезной для создания аппаратов очистки наружных поверхностей нагрева котлоагрегатов от золовых отложений. В большой энергетике и в технологии, использующих котлы - утилизаторы, очистка - острая проблема. Отложения нарушают нормальную эксплуатацию котлов, вызывают значительные потери тепла, увеличивают стоимость капитальных ремонтов [1].
Основной характеристикой импульсных камер является скорость выгорания горючей смеси. В эксперименте она определяется с помощью ионизационных датчиков, один на входе, другой на выходе. Регистрируется время выгорания Ср и определяется скорость выгорания
Е=Ь <1>
где Ь - длина камеры.
Пиковое давление П в камере регистрируется датчиком давления. Оказалось,
П = X Е2, (2)
где кг- эмпирический коэффициент.
Импульс выхлопа записывается как
; = сгшг = /с2^, (3)
где С, к2- некоторые эмпирические постоянные; К0 - объем камеры. Заменяя Е по формуле (2) получим формулу для оценки импульса выхлопа камеры:
/ = СпК0л/П, (4)
где Сп - размерный эмпирический коэффициент. Формулу (4) можно записать так же в виде:
] = СеУ0Е, (5)
где СЕ - другой размерный эмпирический коэффициент.
Формула (5) позволила провести классификацию импульсных камер, предназначенных для очистки поверхностей нагрева котельных агрегатов от сыпучих отложений. Иллюстрация дана в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики некоторых импульсных камер
№ L / а м/м Е м/с I Н-с
1 4/0,05 110 0,8
2 3,5/0,1 60 1,5
3 6/0,1 73 3,2
4 7/0,22 200 41
5 4/0,1 200 5,8
6 4/0,1 620 18
7 6/0,1 330 14
8 11/0,15 580 105
Примечание: камера №6 имеет сферический вкладыш у закрытого конца (активизатор выгорания), камера №8 имеет два изгиба под прямым углом.
В серии экспериментов, проведенных Я.М.Щелоковым, Д.А.Ильиным, Ю.А.Сазыкиным, были получены кривые, очерчивающие поле деформации пыли на плоскости. В качестве примера приведём контуры осевого сечения поля деформации мартеновской пыли, представленные на рис. 1 (данные получены Ю.К.Сазыкиным [2]).
Рис. 1. Контуры половины осевого сечения поля деформации мартеновской пыли; стехиометрическая смесь природного газа с воздухом, обогащенным кислородом (10%); камера ПК 5/0,1 (Ь = 5 м,
1 = 0,1 м)
Обработав указанные результаты, а также данные лабораторных экспериментов, проведенных в Казанском государственном университете, автор пришел к выводу, что объем поля деформации Ф можно приближенно выразить формулой
Ф = 2 г2х,
(6)
где г - поперечный, х - продольный (по оси камеры) размеры в метрах. Они не на много отличаются друг от друга, что дает основание ввести понятие радиуса очистки.
*-» 3
С величиной импульса выхлопа объем поля деформации (в м ) связан соотношением
Ф = ку1-5,
(7)
где К- эмпирическая константа. Поле деформации можно аппроксимировать сферой (для промышленных импульсных камер это оправдано), т.к. с увеличением импульса выхлопа поле деформации стремится стать шарообразным.
Объем сферы 4я7?3 / 3 примем равным 4Я3 . Привлекая формулы (7), (5), получаем связь радиуса очистки с объемом импульсной камеры и скоростью выгорания:
С1- = Я2 = Е.
1у0
По экспериментальным данным С* »3.
Формула (8) указывает величину скорости выгорания, которую требуется иметь в импульсной камере, чтобы получить нужный радиус очистки. Обращаясь к формуле (7) можно связать импульс выхлопа с радиусом очистки:
1 = С2И2. (9)
Требуемая скорость выгорания достигается воздействиями, активизирующими горение (подбор компонентов горючей смеси, добавка активных веществ, локальные подогревы, интенсификация турбулентности потока смеси, распределенное воспламенение). Пределу активизации ставит требование, чтобы выхлоп, разрушая отложения, не повреждал элементов котла.
Формулы (8) и (9) позволяют рассчитать число и расстановку импульсных камер на котельном агрегате заданного типа. Требуется сконструировать импульсные камеры с необходимым импульсом выхлопа и рассчитать систему питания, то есть сделать инженерный расчет импульсной очистки котла от золовых отложений.
Выводы
1. Предложены формулы для расчета динамики выхлопа импульсной камеры.
2. На основе импульса выхлопа можно паспортизировать все разнообразие импульсных камер.
3. Формулы обосновывают инженерный расчет импульсной очистки объектов промышленной энергетики от пылезоловых отложений.
Источники
1. Щелоков Я.М., Телегин Э.М., Подымов В.Н., Гасников В.И. Методы наружной очистки котлов-утилизаторов. Казань: изд-во КГУ, 1974. 214 с.
2. Сазыкин Ю.К., Чучкалов И.А., Китаев А.И. Оценка эффективности очистки поверхностей нагрева. 1980 г. Деп. в ВИНИТИ 05.07.80 г., №998-80.
Зарегистрирована 29.11.2011 г.
