Исследование  аэродинамики топки ЛПИ на моделях

Для многократной циркуляции крупных частиц топлива и для предотвращения сепарации топлива в шлаковый комод необходимо правильно выбрать скорость и направление струй нижнего дутья. Поэтому при исследовании аэродинамики топки ЛПИ основное внимание уделено измерению профиля скорости и интенсивности затухания струи нижнего дутья.

Опыты проводились на модели топки котла БКЗ-210-140Ф, выполненной из органического стекла в масштабе 1/30 (рис. 22). При постоянной высоте сопла нижнего дутья Ь₀, а также при неизменном расстоянии между верхним (горелочным) потоком и нижней струей варьировался параметр т, равный отношению начальных количеств движения струи и потока: 0,255 < т < 1,1. Измерение скоростей проводилось с помощью цилиндрического зонда диаметром 4 мм на основном участке струи нижнего дутья (8 * ix / b ₀ < 70). Результаты измерения скоростей показали, что толщина пристенного пограничного слоя не меняется вдоль струи, оставаясь равной 0,5 о₀. Вместе с тем рост общей толщины струи б подчиняется линейному закону . В этой же работе отмечено относительно слабое влияние спутного потока на затухание пристенной струи на плоской стенке. Сопоставле­ние полученных на модели экспериментальных данных с дан­ными Г.Н. Абрамовича по растеканию струи вдоль плоской стенки показало, что затухание максимальной скорости в иссле­дуемой струе происходит значительно медленнее из-за дей­ствия центробежных сил [28].

Позже большой объем аэродинамических исследований проведен ЛПИ на крупномасштабной слабонеизотермической модели топки с низкотемпературным вихрем [29]. Через верхнее сопло этой модели (рис. 23) вводился подогретый воздух (~ 130°С), а через нижнее сопло - холодный воздух (~ 5°С). Верхнее сопло имеет прямоугольное сечение (73x35 мм) и нак­лонено к горизонту под углом 45°. Количество воздуха, пода­ваемого через это сопло, менялось в различных опытах от 20 до 40% общего расхода воздуха. Нижнее сопло вытянуто по всей ширине модели (340x40 мм) вдоль пода топки и имеет наклон к горизонту 5°.

Рис. 23. Распределение температур и векторов скорости по сечению слабонеиозтермической модели топки с низкотемпературным вихрем [29]

Температура в топочной камере измерялась специально протарированной хромель-алюмелевой термопарой, а скорость -цилиндрическим трехканальным зондом р 2 мм.

На рис. 23 приведено распределение температур (обозначены цифрами) и векторов скоростей в сечении модели, проходящем через центральную ось верхнего сопла. Видно, что вся топочная камера ниже верхнего сопла занята вихревой зоной. Кратность циркуляции в этой зоне оказалась равной 1,3 при всех проверен­ных значениях доли воздуха, подаваемого через верхнее сопло.

Исследование нижней струи показало, что границы струи зависят от соотношения количества воздуха, подаваемого через верхнее и нижнее сопла. Верхняя струя испытывает воздейст­вие набегающего снизу потока с переменным профилем скоро­стей, причем сносящий поток в значительной степени перехо­дит в спутный поток.

В результате проведенных исследований установлено, что анализ развития струй в топке ЛПИ необходимо проводить не в отдельности, а с учетом их взаимодействия. Получены выражения, которые позволяют рассчитать стесненную полуограниченную струю в сносящем вращающемся потоке. Проведенные модель­ные исследования существенно помогли при промышленном внедрении топки ЛПИ с низкотемпературным вихрем.