Изменение угла встречи двух соударяющихся струй, вытекающих в неограниченное пространство, удается изменить форму, характер затухания скорости и направление движения образовавшейся при соударении слившейся струи. В пламенных печах, используя отопление посредством направленных под углом друг к другу горелочных устройств, возможно изменять форму и длину как аэродинамического факела, так и факела горения по сравнению с отоплением одной горелкой.
При решении задачи о соударении струй круглого, прямоугольного или сложного начального сечения аналитического решения получить, как правило, не удается. Таким образом, в настоящее время эксперимент является единственным способом, позволяющим получить ответ на поставленные практикой эксплуатации печей вопросы.
Рис. 10.7. Схема изменения формы слившейся струи, полученной при соударении двух круглых струй на начальном (I), переходном (II) и основном (III) участках: b - ширина слившейся струи в плоскости перпендикулярной углу встречи; h – то же в плоскости x 0 y
|
|
На рис. 10.7 показана струя, образовавшаяся в результате соударения двух осесимметричных струй, вытекающих из сопел одинакового диаметра (d 01 = d 02 = 24,1 мм; Re01 = Re02 = 60×103), начальный профиль средних скоростей которых характеризовался отношением 0,84, где и - средняя и максимальная скорости в начальном сечении струи. Начальный участок этой струи простирается от среза сопел до места соприкосновения внешних границ соударяющихся струй. Его длина определяется геометрическим построением и зависит от расстояния между соплами и угла встречи струй. Переходный участок начинается от места соприкосновения внешних границ соударяющихся струй и кончается на таком расстоянии, начиная с которого перестают действовать силы, вызывающие деформацию (сплющивание потока).
В конце переходного участка ширина слившейся струи
(10.43)
где d г - диаметр одной из соударяющихся струй в одинаково удаленном поперечном сечении. В случае отсутствия второй струи d 0 - начальный диаметр одной из соударяющихся струй; n и k 2 —эмпирические константы; равные соответственно 2,0 и 0,0062; a - угол встречи соударяющихся струй. Основной участок слившейся струи представляет собой свободную одиночную струю.
Экспериментальные исследования позволили установить, что угол расширения границы основного участка слившейся струи составляет 19 ¸ 20o при угле расширения границы каждой из соударяющихся струй 18,2o.
Обработка опытных данных показала, что изменение скорости вдоль оси слившейся струи, образованной при различных углах встречи (соударения) происходит по одному и тому же закону:
|
|
(10.44)
Из этого уравнения следует важный вывод об уменьшении дальнобойности такой струи с увеличением угла встречи соударяющихся струй. Последнее является следствием изменения уровня турбулентности вдоль оси слившейся струи, а также увеличения отношения периметра струи к ее сечению, в результате чего из окружающей неподвижной среды втягивается большая масса газа, которая оказывает более значительное тормозящее действие.