Струйное движение газов. Свободные струи. Характеристика

В большинстве плавильных и нагревательных печей движение газов обусловлено динамическим воздействием струй (факелов), которые создаются горелочными устройствами.

Струи подразделяются на свободные, частично ограниченные и ограниченные.

Свободные струи, в свою очередь, подразделяются на затопленные и незатопленные.

Струя, распределяющаяся в неограниченном стенками пространстве, называется свободной. Если физические свойства струи мало отличаются от свойств среды, в которую она вытекает (эта струя), то это свободная затопленная струя.

После выхода из канала или сопла горелки, струя захватывает неподвижную окружающую среду, поэтому расход газа через поперечное сечение струи по мере удаления от сопла возрастает, увеличивается объём струи и соответственно снижается скорость.

Частица среды перемещаются внутрь струи и замедляют течение тех слоёв, куда они попадают. Поперечный перенос не зависит от поступательного движения и окружающей среды, достигает оси струи на расстоянии равном 4, 4-6 диаметров сопла. На этом участке, который называется начальным, осевая скорость, т.е. скорость в направлении оси Х, остаётся неизменной и равна скорости выхода струи из сопла. На последнем участке (основном), скорость струи непрерывно уменьшается. Угол раскрытия струи принимается 26…30^о независимо от скорости выхода газа и размера сопла. Границы свободной струи – прямолинейны. Точка пересечения границ струи называется полюсом. Давление одинаково по всей области свободной струи. Количество движения не изменяется по её длине. Распределение скоростей, во всех, свободно заполненных, струях подобны независимо от скорости и размеров.

Характеристики струи:

1)Длина начального участка определяется по формуле: S_н/d_o=4.4-6.0

2)Скорость струи на оси основного участка W_o/W_x=0, 96/(0, 152х/d+, 029)

3)Диаметр струи в точке Х: d_x/d_o=0, 517*х/d_o+1

4)Расход газа через поперечное сечение: V_x/V_o=2, 18(0, 152*х/d_o+0, 29)

5)Скорость струи в любой точке вдоль оси Х на расстоянии у: W_y/W_x≈ (1-(2y/d_o)^3/2)²

Приведенные формулы можно использовать и для свободных незаполненных струй, плотность которых отличается от плотности окружающей среды. При этом вместо действительного диаметра истекающей среды используется эквивалентный диаметр.

d_э=d_o√ ρ _г/ρ _см где ρ _г – плотность газа, ρ _см – плотность смеси (газа + окружающей среды).

Если ρ _г> ρ _см , начальный участок увеличивается и скорость затухает медленнее, чем у затопленной струи. Если мощность газа меньше плотности окружающей среды, скорость снижается быстрее и дальнобойность струи уменьшается.

На незатопленную струю, кроме инерционных сил, действуют силы тяжести, под воздействием которых струя искривляется вверх или вниз.

Если ρ _г< ρ _см , струя искривляется вниз и наоборот.

Отклонение струи от оси сопла на расстояние Х определяется по формуле:

У=0, 36*1/0, 076*Ar(х³+0, 86х²), где х=0, 076у/r_o r_o – радиус сопла.