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定義主氣流速度與射流出口流速之比,為速度比λ=vs/v0,以λ來表示氣流混合的程度。當速度比λ不斷增大時,射流與主氣流混合強度亦增大,射流的擴展率以及速度和濃度的衰減率也不斷增大,而射流核心區(qū)長度則逐漸減小;反之則反。當兩者速度差等于零,即vs=v0、λ=1時,混合最弱,射流核心區(qū)則貫穿了整個流場。
根據(jù)實驗,射流軸心速度vm隨速度比λ變化的規(guī)律如圖3—3—6所示。其表明,當λ=0或λ=2.13時,軸心速度衰減最快,混合強烈;當λ接近1或λ=l時,則射流核心區(qū)最小,速度衰減最慢,射流核心長度最長。
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當射流以一定的角度與運動著的主氣流相交時,形成相交氣流。如別流與主氣流相交的角度為如90°時,就稱之為橫向射流。橫向射流常用于燃氣工業(yè)爐的鍋爐中。又如強化擾動和燃燒的爐內(nèi)二次空氣,也是采用橫向則流。圖3—3—7為一圓孔射流橫穿主氣流時的相交氣流。
設燃燒室壁上有直徑為d的圓形噴孔,噴孔中心線與壁面交叉角為90°,射流(一般為燃氣,或者二次空氣)的初始速度v2、密度ρ2、體積流量qv,在燃燒室中有速度v1的主氣流沿x方向流動。
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橫穿主氣流的射流,在迎風面上受到主氣流動壓(1/2)ρ1v21的沖擊,背風面則受到尾流中降壓漩渦的卷刷。射流噴入燃燒室后,其前沖速度本來已經(jīng)降低,再加上側(cè)面受到主流的沖刷剪切,因而發(fā)生變形。結(jié)果,射流逐漸向主流下游彎曲,射流剖面被擠扁卷曲變成腎形(見圖3—3—7中A—A剖面),腎形凹面后出現(xiàn)一對反轉(zhuǎn)漩渦,順流發(fā)展擴大,到下游很遠才衰變散裂。
彎曲變形射流與主流之間因紊流渦團的揉搓摩擦作用,射流出現(xiàn)周向速度分量,增添了側(cè)面切應力,故卷吸摻混作用特別強烈。自圓孔中心起,彎曲射流大致可分三段,即第1段是射流核OB,它比自由射流的勢能核顯著縮短并向下游歪斜;第Ⅱ段是顯著彎曲段,射流剖面迅速變形;第Ⅲ段是漩渦擴展段,射流轉(zhuǎn)到主流方向。
為了計算相交氣流混合過程的各參數(shù),必須確定混合過程與噴嘴結(jié)構(gòu)系數(shù)(孔口形狀、孔口尺寸等)及流體動力參數(shù)間的關系。
流體動力參數(shù)q21,等于射流在孔口處的動壓與主氣流動壓之比:
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式中 ρ1、v1——主氣流(通常為空氣)的密度和速度;
ρ2、v2——射流(通常為燃氣)的密度和速度。
相交氣流的混合特征,主要有穿透深度和射流射程。當射流軸線變得與主氣流方向一致時,噴嘴出口平面到射流軸線之間的法向距離h,定義為絕對穿透深度;絕對穿透深度A與噴嘴直徑d之比,定義為相對穿透深度。
在射流軸線上定出一點,使該點的軸速度在x方向上的分速度va為出口速度v2的5%,以噴嘴平面至該點的相對法向距離x1/d,定義為射流射程D。
許多學者,尤其是伊萬諾夫等人對相交氣流進行了較系統(tǒng)的研究,并得出有實用價值的計算公式。
如對于單股圓射流與主氣流相交時,相對穿透深度,
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式中0.132/a通??扇?.2。
可見,要增大相交氣流中的穿透深度,則要提高v2/v1值,也就是提高射流的射入速度v2。當然氣流速度差會影響氣流密度差,也會影響穿透深度,故綜合影響因素為動力參數(shù)q21。
此外,旋轉(zhuǎn)射流、交叉射流等在燃燒技術中也有廣泛應用。尤其是旋轉(zhuǎn)氣流在提高火焰穩(wěn)定性和燃燒強度方面所起的作用及效果越來越引起入們的重視。
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