Длина факела

Ламинарные факелы не встречаются в практике работающих печей. Между тем, теория турбулентного факела разработана для факела, развивающегося в неограниченной неподвижной воздушной среде или движущейся со скоростью W_в.

Рис. 1.4 – Схема к расчету длины факела в неподвижном воздухе

Часто для определения длины факела используются закономерности изотермической струи. Путь, на протяжении которого газовая струя захватывает для горения стехиометрическое количество воздуха , И.Д. Семикин назвал длиной пути захвата L_зах (рис. 1.4). В конце пути захвата смесь весьма неоднородна. Свободный кислород находится в периферийных слоях, а горючий газ сосредоточен в центральном ядре факела. Для завершения процесса полного горения требуется определенный дополнительный путь – длина пути перемешивания L_пер. Общая длина факела равна

L_фак = L_зах + L_пер. (1.1)

Длина захвата L_зах определяется из формулы для расчета расхода газа в свободной затопленной струе по известной величине смеси газа и захваченного воздуха

= = = (1.2)

в виде:

, (1.3)

где – объем воздуха для сжигания 1 м³ газа при нормальных условиях (t_в = t_г = 0 °С, Р_в = Р_г = 760 мм рт. ст.); r_в0 – плотность воздуха при нормальных условиях; r_г0 – плотность топлива при нормальных условиях.

Далее, считая, что диаметр струи изменяется по длине струи по линейному закону, по известной величине L_зах определится диаметр струи (факела) в конце пути захвата

, (1.4)

где b = 2× tg(a/2); a – угла раскрытия факела.

Известно, что влияние внешней среды на осевой участок газовой струи зависит от диаметра струи таким образом, что вихрь на поверхности струи с диаметром d_L достигнет оси струи через L_пер = В× d_L, т.е. длина пути перемешивания определится по формуле L_пер = В× d_зах. Тогда

L_фак = L_зах× (1 + В× b) = 3, 16 × d₀× (1 + )× (1 + В× b). (1.5)

При практическом значении угла раскрытия факела a_пр = 24° получим b = 2× tg(a/2) = 0, 425 и величине В» 6 окончательно получим

L_фак = 11× (1 + )× d₀. (1.6)

Формально длина факела зависит от теплоты сгорания топлива и диаметра сопла горелки. При большой тепловой мощности полезно дробление факела, но на длине захвата нужно исключить слияние факелов.