CC BY
12
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 536.24:533 Article info
Received 16.03.2017 р.
М. З. Абдулт1, Н. М. Фiалко2, Ю. В. Шеренковський2, Н. О. Меранова2, Л. С. Бутовський1,
О. Б. Тимощенко2, В. Л. Юрчук2, Г. В. IeaHeHKo2, А. В. Клщ2
1 Нацюнальний техшчний ушверситет Украши "КП1" iM. 1горя Скорського, м. Кшв, Украша 21нститут техшчноЧ теплофiзики НАН Украши, м. Knie, Украша
СТРУКТУРА ТЕЧП У СИСТЕМ1 ТУРБУЛ1ЗАТОР -
Н1ШОВА ПОРОЖНИНА
За результатами експериментального дослщження наведено даш про характеристики течп у систе]Ш кутовий турбулiзатор - шшова порожнина, що моделюе основш елементи стабшзаторного пальникового пристрою. Проаналiзовано особливост циркуляцшних течiй за кутовим турбулiзатором потоку та у влас-не нiшi. Подано результати порiвняння особливостей течп' у шшовш порожнинi за наявностi та ввдсутнос-тi турбулiзаторiв потоку. Дослiджено вплив встановлення кутових турбулiзаторiв потоку на зрiзi задньо'1 стiнки нiшi на специфку течй' в зонi зворотних токiв у нiшовiй порожнинi.
Ключовi слова: турбулiзатори потоку; шшова порожнина; зона зворотних тоюв; структура течй'.
Вступ. Один iз шлях1в iстотного пiдвищення ефек-тивностi робочих процес1в горiння у пальниках стабШ-заторного типу полягае у застосуванш рiзних способiв i засобiв штенсифшаци тепломасообмiну та вигоряння палива, до яких, зокрема, вiдносять: попереднiй пвдгргв повiтря, що йде на горшня, закручування повiтряного потоку, органiзацiя розвинено! поверхнi запалювання та горiння, шдвищення коефiцiента затiнення пальника, використання додаткових турбушзацшних елементiв тощо.
Дослiдження процеав переносу iз застосуванням вказаних способов штенсифшаци горiння у стабШза-торних пальниках здiйснено у багатьох роботах (Па1ко й а1. 2017; М1ки11п й а1. 2003; Butovskyi й а1. 2012; Povshedna & Granovskaja, 2013; Fia1ko et а1. 2014). Од-нак вони не охоплюють деяких аспект1в цього напряму дослвджень. Так, заслуговуе на увагу подальший розви-ток дослiджень характеристик течи, як значною мiрою визначають переби робочих процес1в у пальникових пристроях.
Метою роботи е встановлення закономiрностей течи у системi кутовий турбушзатор - нiшова порожнина, що моделюе основш елементи пальникового пристрою стабШзаторного типу.
Рис. 1. Схема робочо'1 дмнки для визначення характеристик течй' у систем! турбулiзатор потоку - шшова порожнина: 1 - турбулiзатор потоку; 2 - прямокутна шша
Методика проведення дослiдження. Дослвдження проводили на робочiй дiлянцi, схему яко1 наведено на рис. 1. Висота каналу робочо!' д1лянки становила 120 мм, ширина - 190 мм, довжина - 500 мм. Довжина нiшi по потоку L = 75 мм, висота H = 35 мм. Ширина турбушзатора ВТ = 30 мм, кут при вершит турбушзато-ра 90°. Вщстань мiж турбушзаторами Вщ = 30 мм. Швидюсть повiтря у щшиш мiж турбулiзаторами становила 30 м/с. Для вишру швидкосп потоку використо-вували Т-подiбний пневматичний зонд, тарований за допомогою сопла Виошинського.
Виклад основного матерiалу. Рис. 2-5 шюструють характернi результати експериментального дослщжен-ня. На рис. 2, 3 зображено профШ швидкостi на рiзних вiдстанях за потоком вщ передньо!' стiнки нiшi для рiз-них поздовжнiх вертикальних перерiзiв z = const (вiд площини симетрп турбулiзатора, z = 0, до площини симетрп щiлини, z = 30 мм). На рис. 4 з метою поргвняль-ного анашзу наведено вщповвдш данi за ввдсутносп турбулiзаторiв потоку. Рис. 5 шюструе розподiл швид-костi в горизонтальнш площинi X-Z на рiзних вiдстанях вiд дна нiшi.
Згщно з даними, наведеними на рис. 2 i 3, у шшовш порожниш кнуе яскраво виражена циркуляцшна течiя з зоною зворотних тоюв, що прилягае до дна шш^
Зiставлення профiлiв швидкостей у рiзних вертикальних перерiзах нiшовоï порожнини за z = 0 для ситу-аци наявностi та вщсутносп турбулiзаторiв потоку свiдчить про те, що в останньому випадку зона зворотних тоюв займае ктотно бшьшу частку простору нiшi (див. рис. 2, а та рис. 4). Тобто за наявносп турбушзато-рiв, встановлених безпосередньо за шшовою порожни-ною, зона зворотних тоюв помггно притискаеться до дна шш^ За кутовим турбулiзатором утворюеться зона рециркуляцп вiдносно значних розмiрiв. Ïï довжина ста-новить близько 4,5 ВТ, а ширина - 0,7 ВТ.
У пристiнковiй частиш течiя вздовж стабiлiзатора в обласп, що вiдповiдае розташуванню турбулiзатора, на-явна тенденцiя до виникнення прямотоку. Ця тенденцiя е слабкою за z = 0 (у площиш симетри турбулiзатора) i
Цитування за ДСТУ: Абдулш М. З. Структура течй' у сисеМ турбулiзатор - шшова порожнина / М. З. Абдулш, Н. М. <Иалко, Ю. В. Шеренковський, Н. О. Меранова, Л. С. Бутовський, О. Б. Тимощенко, В. Л. Юрчук, Г. В. 1ваненко, А. В. Клщ // Науковий вюник НЛТУ Украши. - 2017. - Вип. 27(3). - С. 131-135 Citation APA: Abdulin, M. Z., Fialko, N. M., Sherenkovskii, Yu. V., Meranova, N. O., Butovskiy, L. S., Timoshchenko, A. B., Yurchuk, V. L., Ivanenko, G. V., & Klisch, A. V. (2017). Structure of the Flow in the System of Turbulence Stimulator-Niche Cavity. Scientific Bulletin of UNFU, 27(3), 131-135. Retrieved from: http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/249
стае все бшьш яскраво вираженою в м1ру вiддалення повщае максимальному значенню ширини вказано'1 зо-вiд цде!' площини вздовж координати г. ни. Далi вниз за потоком вiдзначена прямоточна течiя За межами зони зворотних тоюв турбулiзатора наяв- вповiльнюеться. Тобто пришвидшення потоку зумовле-на прямоточна течiя, яка пришвидшуеться вниз за пото- не його звуженням у щшиш мiж турбулiзаторами й обком в м1ру наближення до перер1зу х = 120 мм, що в1д- тшшням зон диркуляцшно! течи турбул1затор1в.
у, мм k к
90 120
150
180
210
240 мм
L И
в п
Ы
& 777
А
///////V/J/r////>//////////////////?////////
X, MM,
90 120
240 мм
W
0 10 м/с
*777Г77777ТГ7Г77777Г77777
х=30 мм 45 70
X, мм,
210
240 мм
Рис. 2. Профiлi поздовжньо! компоненти швидкосп у системi турбулiзатор - шша на pi3Hnx вiдстанях х по потоку вщ передньо! стiнки riimi у площинах z = const: а) z = 0; б) z = 10 мм; в) z = 15 мм
Рис. 3. Профш поздовжньо'1 компоненти швидкостi у системi турбулiзaтор - нiшa на рiзниx вiдстaняx x по потоку ввд передньо'1 ctíhkh híiiií у шющинах z = const: a) z = 20 мм; б) z = 25 мм; в) z = 30 мм
Рис. 4. Профш поздовжньо'1 компоненти швидкосп на рiзниx вiдстaняx x по потоку вщ передньо'1 стiнки нiшi у площиш z = 0 за ввдсутносп турбулiзaторa потоку
Phc. 5. npoi^im n03fl0B»Ht0i' K0Mn0HeHTH mBngKoeri y CHCTeMi Typ6yni3aTop - Hima b ropH3omanBHiH nno^HHi X-Z Ha pi3Hux BiflCTaHax y Big gHa Himi: a) y = 5 mm; 6) y = 15 mm; b) y = 25 mm; r) y = 30 mm; g) y = 40 mm; e) y = 75 mm
^k BugHO 3 puc. 5, 3a y = 10 mm Ta 15 mm y nao^nrn X-Z Te^ia b Himi e 3BopoTHoro. 3 BiggaaeHHaM Big gHa Himi, 3a y = 25 mm, xapaKTep Te^ii y BKa3amn nno^KHi ic-totho 3MiHroeTtca. y 30Hi, ^o npuaarae go 3agHtoi crima HimoBoi nopo^HHHK, HaaBHa npaMOTO^Ha Te^ia, a b ce-pegmn 3a n0T0K0M 30Hi Himi - 3MimaHa (npaMOTO^Ha Ta 3BopoTHa). 3a nogaatmuM BiggaaeHHaM Big gHa Himi 3a z = 30 mm, no6au3y ii BepxHtoi rpaHK^, Te^ia b ropu3OH-TaatHin nao^HHi HimoBoi nopo»HHHK CTae noBHicTro npa-moto^hom.
^ogo 30hh 3bopothhx TOKiB 3a Typ6yai3aTopoM, to aK BugHO 3 puc. 5, BOHa npoaBaaeTtca 6iatm qiTKO Ha geaKin BigcTaHi Big cTiHKH Typ6yai3aTopa, ^o noacHroroTt 3a3Ha-^eHHM BK^e e^eKTOM BHHHKHeHHa npaMOTOKy b npncriH-KOBin 3OHi cTa6iai3aTopa.
Biichobkii. BuKOHaHO aHaai3 eKcnepuMeHTaatHux ga-hhx ^ogo 3aK0H0MipH0cTen Te^ii y cucTeMi KyTOBnn Typ-6yni3aTop noTOKy - HimoBa nopo»HHHa. BuaBaeHO, ^o BcTaHOBaeHHa KyTOBux Typ6yai3aTopiB noTOKy Ha 3pi3i 3agHtoi cTiHKK Himi nproBoguTt go neBHoro npurameHHa 30hh 3bopothhx TOKiB y HimoBin nopo»HHHi i ii npnTnc-HeHHa go gHa Himi. BcTaHOBaeHO TaKO», ^o 3OHa peцнp-Kyaa^HHOi Te^ii 3a Typ6yai3aTopoM noTOKy cTae 6iatm acKpaBO Bupa»eHoro 3 BiggaaeHHaM Big crima Typ6yai3a-Topa. n0Ka3aH0, ^o y npucTiHKOBOMy nотоцi B3goB» BaacHe cTa6iai3aTopa b 3OHi, ^o BignoBigae po3TamyBaH-Hro KyTOBoro Typ6yai3aTopa, cnocTepiraeTtca TeHge^ia go BKHHKHeHHa npaMOTOKy.
nepe^iK BHKopHCTaHHx g»epe.n
Butovskyi, L. S., Fialko, N. M., Prokopov, V. H., Zarytskyi, O. A., Sherenkovskyi, Yu. V., & Tymoshchenko, O. B. (2012). Ekspery-mentalni doslidzhennia struktury techii u palnykovykh prystroiakh stabilizatornoho typu z zastosuvanniam kutovykh turbulizatoriv po-toku. Problemy jekologii i jekspluatacii ob'ektov jenergetiki: mater. KhKhII Mezhdunar. konf. (pp. 141-145), 8-12 ijunja 2012 g., g. Yalta. Kiev: Libra. [in Ukrainian].
Fialko, N. M., Sherenkovskij, Yu. V. Meranova, N. O., Timoshhenko, A. B., & Majson, N. V. (2017). Osobennosti techenija v cilindri-cheskih gorelochnyh ustrojstvah s plastinchatymi turbulizatorami potoka. Promyshlennaja teplotehnika, 23, 5-12. [in Russian].
Fialko, N. M., Sherenkovskij, Yu. V., Majson, N. V., Meranova, N. O., Butovskij, L. S., Abdulin, M. Z., Polozenko, N. P., Klishh, A. V., Strizheus, S. N., Timoshhenko, A. B. (2014). Intensifikacija processov perenosa v gorelochnom ustrojstve s cilindricheskim sta-bilizatorom plameni. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy, 24(5), 136142. [in Russian].
Mikulin, H. O., Liubchyk, H. M., Varlamov, H. B., Marchenko, H. S., Levchuk, S. O., Zarytskyi, A. O., & Kardasho, A. V. (2003). Vyko-rystannia trubchastykh moduliv yak elementiv intensyfikatsii horin-nia ta pidvyshchennia enerho-ekolohichnoi efektyvnosti hazovykh palnykiv. Jekotehnologii i resursosberezhenie, 4, 58-65. [in Ukrainian].
Povshedna, A. I., & Granovskaja, E. A. (2013). Intensifikacija processa gorenija za stabilizatorom podachej vozduha v zonu recirkuljacii. Suchasni tekhnolohii v teplovii enerhetytsi: mater. KhIMizhnar. na-uk.-prakt. konf. aspirantiv, mahistrantiv, studentiv (pp. 98-100), 16-19 kvitnia 2013 r., m. Kyiv. Kyiv: NTUU "KPI". [in Russian].
М. З. Абдулин, Н. М. Фиалко, Ю. В. Шеренковский, Н. О. Меранова, Л. С. Бутовский,
А. Б. Тимощенко, В. Л. Юрчук, Г. В. Иваненко, А В. Клищ
СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ В СИСТЕМЕ ТУРБУЛИЗАТОР - НИШЕВАЯ ПОЛОСТЬ
По результатам экспериментальных исследований приведены данные о характеристиках течения в системе угловой турбу-лизатор - нишевая полость, моделирующей основные элементы стабилизаторного горелочного устройства. Проанализированы особенности циркуляционных течений за угловым турбулизатором потока и в собственно нише. Представлены результаты сравнения особенностей течения в нишевой полости при наличии и отсутствии турбулизаторов потока. Исследовано влияние установления угловых турбулизаторов потока на задней кромке ниши на специфику течения в зоне обратных токов в нишевой полости.
Ключевые слова: турбулизаторы потока; нишевая полость; зона обратных токов; структура течения.
M. Z. Abdulin, N. M. Fialko, Yu. V. Sherenkovskii, N. O. Meranova, L. S. Butovskiy, A. B. Timoshchenko, V. L. Yurchuk, G. V. Ivanenko, A. V. Klisch
STRUCTURE OF THE FLOW IN THE SYSTEM OF TURBULENCE STIMULATOR-NICHE CAVITY
One way to significantly improve the efficiency of work combustion processes in stabilizer type burners is to use various means of intensifying of heat transfer and fuel burn. Such means include as follows: preheating the air, going to the combustion, air flow twisting, organization of developed surface ignition and combustion, increasing shading coefficient burner, use of additional elements of tubulisa-tion etc. The existing papers devoted to the study of transport processes in the application of these ways of combustion intensification in stabilizer burners do not cover many aspects of this direction of research. Thus, the further development of research of flow characteristics, which largely determine the course of work processes in burners, deserves attention. Therefore our objective is to define patterns of flow in the system of angular turbulence stimulator-niche cavity modelling the main elements of the stabilizer type burner. Studies are conducted on the operation area at the following initial data: the height of the channel was operation area of 120 mm, width - 190 mm, length - 500 mm. Length niches downstream 75 mm, height - 35 mm. To measure the flow velocity of T-shaped pneumatic probe, using cement nozzle Witoszynskyj was used. First of all, comparison of velocity profiles in various vertical sections of niche cavities in the plane of symmetry of turbulence stimulator for the present and absent of availability of turbulence stimulator of flow indicates that without of turbulence stimulator reverse flows zone is significantly pressed to the niche bottom. That is if turbulence stimulators are installed behind niche cavity reverse flows zone is visible pressed against the bottom of the niche. Secondly, there is a tendency to the emergence of forward flow near the wall stabilizer in the area of the location of the turbulence stimulator. There is a direct-flow trend outside return flows zone of turbulence stimulator, accelerated down the stream as you approach to the section x = 120 mm, which corresponds to the maximum width of said zone. Further down the stream-flow this trend is slowed. The return flows zone behind the turbulence stimulator appears more clearly on some distance from the wall of the turbulence stimulator. This fact becomes evident due to effect of the emergence of forward flow in the wall area of the stabilizer. Thus, the analysis of experimental data on flow patterns in the system of corner vortex flow is niche cavity. Setting of angle vortex flow on a section of the back wall of the niche leads to inhibition of specific areas of backward flows in the niche cavity and pressed it to the bottom of the niche.
Keywords: flow turbulence stimulators; niche cavity; backward flows zone; flow structure.
1нформащя про aBTopiB:
Абдулш Михайло Загретдинович, канд. техн. наук, ст. наук. ствробтик, доцент, Нацюнальний техшчний ушверситет Укра'ши
"КП1" iM. 1горя Окорського, м. Ки'в, Украина. Email: mzabdulin@gmail.com Фiалко Наталiя Михайлiвна, чл.-кор. НАН Укра'ши, д-р техн. наук, проф., 1нститут техшчно''' теплофiзики НАН Укра'ши, м. Ки'в, Ук-ра'на. Email: nmfialko@ukr.net
Шеренковський Юлш Владиславович, канд. техн. наук, пров. наук. ствробгтник, 1нститут техшчно''' теплофiзики НАН Укра'ши,
м. Ки'в, Укра'на. Email: j_sher@ukr.net Меранова Наталiя Олепвна, канд. техн. наук, пров. наук. ствробггник, 1нститут техшчно''' теплофiзики НАН Укра'ши, м. Ки'в, Укра'на. Email: mnata1956@ukr.net Бутовський Леошд Сергшович, канд. техн. наук, доцент, Нацюнальний техшчний ушверситет Укра'ши "КП1" iм. 1горя Окорсько-
го, м. Ки'в, Укра'на. Email: home_129@mail.ru Тимощенко Олександра Бориавна, мол. наук. ствробтик, 1нститут техшчно''' теплофiзики НАН Укра'ши, м. Ки'в, Укра'на. Email: alia_timosh@ukr.net
Юрчук Володимир Леошдович, канд. техн. наук, ст. наук. ствробгтник, 1нститут техшчно''' теплофiзики НАН Укра'ши, м. Ки'в, Укра'на. Email: vyur1@jandex.ua
1ваненко Геннадш Володимирович, канд. техн. наук, ст. наук. ствробгтник, 1нститут техшчно''' теплофiзики НАН Укра'ши, м. Ки'в,
Укра'на. Email: Fortune_pig@ukr.net Клщ Андрш Володимирович, мол. наук. ствробтик, 1нститут техшчно''' теплофiзики НАН Укра'ши, м. Ки'в, Укра'на. Email: andrik2008@i.ua
