摘要:

3 窯頭火焰的空氣動力學(xué)計算

3.1一次射流動量通量

根據(jù)經(jīng)驗，多通道燃燒器的同軸射流在其不遠的下游，表現(xiàn)出和單股射流相同的空氣動力學(xué)特征，為了分析方便作以下假定，射流混合區(qū)內(nèi)作一垂直于射流軸線截面的引射量作為其下游射流的一部分，則旋轉(zhuǎn)射流對二次風(fēng)的引射速率為：
公式(1)
M—引射量的質(zhì)量流量, kg/s；
X—距噴口的軸向距離，m；
Kt—溫度系數(shù)，
公式(2)
—被引射空氣的密度， Kg/m3；
—射流混合物的視密度， Kg/m3；
G—射流出口軸向總動量通量， N； 對于多通道煤粉燃燒器，總動量通量等于各通道軸向動量通量之和：
G= G1+G2+…… (3)
G1、G2…—燃燒器各個通道出口軸向動量通量，N
S—任意垂直燃燒器軸線截面旋流數(shù)；
公式(4)
Gφ—旋流風(fēng)的角動量通量，Nm；
GX—射流出口軸向動量總通量，N；
R—射流出口當量半徑，m
R=tgα（x+a） (5)
a—將同軸射流看作單股射流而引入的常數(shù)
α—射流擴展半角，隨旋流數(shù)呈線性增加；
α=Ko+KSo (6)
So—按三通道燃燒器出口尺寸和風(fēng)速計算的旋流數(shù)。
有資料介紹K0、K分別為4.8和14，不過對于多通道燃燒器的具體噴嘴型式應(yīng)由冷態(tài)實驗等方法確定。

根據(jù)動量守恒原理，在射流擴展過程中，角動量和軸向動量均保持為常數(shù)，解聯(lián)立方程(1)、(4)和(5)可得到下列等式：
公式
將Gφ/Gx=SoRo代入該式得：
公式(7)
不難看出，式(7)中第一項為射流軸向運動的引射量，第二項為射流旋轉(zhuǎn)運動而產(chǎn)生的附加引射量。

為達到煤粉在接近等當量比下燃燒，式(7)中M應(yīng)根據(jù)燃燒計算所需的實際空氣需要量給出。為分析方便，令：
M=K3Gm-Mo
=K3qc.Gc/Q -Mo (8)
Mo—一次空氣、煤粉輸送空氣總量， kg/s；
Gm—煤粉消耗量， kg/s；
K3—單位煤粉燃燒實際空氣需要量， kg/kg；
qc—熟料單位熱耗， x4.18kJ/kg；
Gc—熟料產(chǎn)量， Kg/s；
Q —煤粉應(yīng)用基低位熱值， x4.18kJ/kg ；
式(7)中，X的最大值等于射流混合區(qū)長度，只有當射流出口動量小到一定值時，外回流區(qū)完全消失，才會出現(xiàn)這一情況，此時X為：
X=Xmax=公式 (9)
D—窯燒成帶有效內(nèi)徑 ， m
將(8)、(9)式代入(7)整理后得：
公式(10)
根據(jù)實驗資料，等溫旋轉(zhuǎn)射流的引射量可用下列經(jīng)驗式表示：
公式(11)
根據(jù)不同資料，K 、K 取值范圍為：
K =0.32~0.35
K =0.8~1.70
比較(11)和(1)不難看出：
K1=(0.32~0.35)
K2=(0.8~1.70)
K3可以通過燃燒計算得出。因此，若通過對現(xiàn)行噴咀結(jié)構(gòu)利用冷態(tài)實驗等方法確定a值和α值，則便可以利用式(10)計算出燃燒器射流必須達到的最小軸向總動量通量。
根據(jù)計算機數(shù)值模擬結(jié)果，a的范圍基本上在1.5do~3do之間，do為燃燒器出口外徑。α基本上符合式(6)，只不過Ko不是4.8而是11.5，K仍為14。

3.2旋流數(shù)

根據(jù)有關(guān)介紹，在不知道旋轉(zhuǎn)射流橫截面上的速度分布和靜壓分布時，可近似從燃燒器出口端結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)計算旋流數(shù)，其近似程度良好, 即
公式Gx=

由于前述理由，可將多股同軸射流近似看作單股旋轉(zhuǎn)射流。這樣，可分別計算各通道射流對總的一次射流股貢獻，從而確定出一次射流的旋流數(shù)。下式是根據(jù)上述觀點經(jīng)推導(dǎo)整理后得到的三通道噴煤管嘴旋流數(shù)的計算公式。
S= 公式(12)
P—占一次總風(fēng)量（包括煤風(fēng)）百分數(shù)， %；
φ—旋流葉片的軸向夾角；
—煤粉濃相輸送視密度， kg/m3；
—一次風(fēng)凈風(fēng)密度， kg/m3；
r’—環(huán)形出口外徑，mm；
r—環(huán)形出口內(nèi)徑，mm
同理二通道燃燒器的旋流數(shù)可表達為：
S= 公式(13)
將我院冷模試驗用CTI型燃燒器噴咀結(jié)構(gòu)參數(shù)代入(12)式，并令
P煤=33%， = ，得到下列等式：
S=
令φ=45°， P內(nèi)=0.67 ， 得S=0.487；
令φ=45°， P內(nèi)=0.335 ， 得S=0.171；
令φ=30°， P內(nèi)=0.335， 得S=0.0986；
令φ=30°， P內(nèi)=0.67 ， 得S=0.281；
通過上述計算可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)內(nèi)、外風(fēng)的比例來改變旋流數(shù)，從而達到改變火焰形狀的目的是極為有效的。這與冷態(tài)試驗結(jié)構(gòu)是一致的。

附注：由于文中的公式較復(fù)雜，無法在此頁面上顯示。如需要原文，請與我們聯(lián)系。
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