1 Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej Instytut Maszyn Cieplnych POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA Dariusz ASENDRYCH Tomasz FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004

2 Plan prezentacji: Cel pracy Stanowisko badawcze i technika prowadzenia eksperymentu Pomiary prędkości zdmuchiwania Wizualizacja płomienia Pomiary granicy palności przy spalaniu mieszanki zaazotowanej Podsumowanie Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004

3 Cel pracy: ocena możliwości spalania: - przy wyższych prędkościach przepływu - mieszanek ubogich analiza wpływu parametrów geometrycznych konfiguracji dysz na prędkość zdmuchiwania Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004

4 Stanowisko badawcze Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA Parametry geometryczne: - średnica wewnętrzna D 1 =0.015 m, - długość nasadki dyszy zewnętrznej L=D 1, - szerokości szczeliny w=0.5D 1, w=0.25D 1 - kąt rozwarcia nasadki = 7 0, = 0 0. XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004

5 Pomiary prędkości zdmuchiwania – podstawowa geometria dysz - zabieg odsysania dla najmniejszego natężenia przepływu zwrotnego (tj. U 2 = 0.1m/s) jest mało efektywny - zwiększeniu prędkości przepływu zwrotnego do poziomu U 2 = 0.2m/s towarzyszy gwałtowny przyrost granicznej prędkości U 1, nawet o 100% w porównaniu z U 2 =0 - dla U 2 =0.3 m/s obserwuje się ok. 3-krotny wzrost prędkości zdmuchiwania Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004

6 Pomiary prędkości zdmuchiwania – wpływ szerokości szczeliny - redukcja wymiaru w/D 1 w znaczący sposób przyczyniła się do podniesienia granicy stabilnego spalania, szczególnie dla niższych wartości U 2, - dla U 2 = 0.1m/s mniejsza średnica nasadki daje 2- krotny wzrost U 1, ten sam rezultat uzyskujemy dla U 2 =0.2 m/s (w/D 1 =0.5), - redukcja zapotrzebowania mocy do wygenerowania przeciwprądu Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA w/D 1 = 0.5 w/D 1 = 0.25 Bezwymiarowy parametr: XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004

7 Pomiary prędkości zdmuchiwania – wpływ kąta rozwarcia nasadki zew. - graniczne pr ę dko ś ci stabilnego spalania dla najmniejszych nat ęż e ń przep ł ywu zwrotnego (U 2 0.1m/s) uleg ł y podwyższeniu, - z e wzrostem zawarto ś ci paliwa w mieszance palnej wzgl ę dny przyrost warto ś ci U 1 stopniowo maleje, Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004

8 Wizualizacja płomienia a) "stabilny" - niskim poziomem intensywności turbulencji; powierzchnia frontu spalania ma kształt cylindryczny i nie ulega przemieszczaniu, Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA Wp ł yw pr ę dko ś ci wyp ł ywu mieszanki na struktur ę p ł omienia ( =1.66; U 2 =0 ). XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 b ) ś wiszcz ą cy" - zaburzenie struktury i towarzysz ący temu quasi-monoharmoniczny efekt akustyczny, d) "oderwany" - prędkość wypływu bliska prędkości spalania; odsunięcie płomienia od wylotu z dyszy; płomień bliski zdmuchnięcia. c) "poszarpany" – turbulizacja przepływu, powierzchnia frontu spalania pofałdowana; płomień emituje szerokopasmowy szum o wysokim poziomie natężenia,

9 Wizualizacja płomienia – wpływ strugi zwrotnej Sekwencja zdjęć wykonana dla składu mieszanki = 1.25 oraz prędkości wypływu z dyszy U 1 = 9.35 m/s Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA Przylgnięcie płomienia do wylotu z dyszy przy wzroście prędkości strugi zwrotnej XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 c) U 2 =0.8 m/s d) U 2 =1 m/s a) U 2 =0.15 m/s b) U 2 =0.55 m/s

10 Pomiary granicy palności - spalania mieszanki zaazotowanej gdzie: - V N2 strumień objętości azotu, - V CH4+N2 strumień objętości paliwa z balastem. Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Współczynnik zaazotowania (procentowa zawartość azotu w paliwie): - potwierdzona skuteczność zabiegu odsysania w przypadku gazów zaazotowanych - średnio wzrost U 1 jest na poziomie ok. 20%

11 Pomiary granicy palności - spalania mieszanki zaazotowanej Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo zubożenie mieszanki palnej pogorszenie warunków spalania zarówno dla przypadku przepływu bez i z zastosowanym odsysaniem, - zubożenie paliwa kilkukrotne zmniejszenie przyrostu prędkości mieszanki U 1.

12 Podsumowanie Przeprowadzono eksperyment w szerokim zakresie parametrów geometryczno-przepływowych, zastosowanie strugi zwrotnej znacząco zwiększa granice palności, optymalizacja geometrii nasadki palnika (ok. 2-krotny wzrost prędkości zdmuchiwania płomienia dla U 2 =2.5cm/s), natężenie przepływu strugi zwrotnej stanowi 2% natężenia przepływu strugi głównej, możliwość zastosowania zabiegu odsysania do paliw ubogich. Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIAZastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004