摘要:

3 窯頭火焰的空氣動力學計算

3.1一次射流動量通量

根據經驗，多通道燃燒器的同軸射流在其不遠的下游，表現出和單股射流相同的空氣動力學特征，為了分析方便作以下假定，射流混合區內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，則旋轉射流對二次風的引射速率為：
公式(1)
M—引射量的質量流量, kg/s；
X—距噴口的軸向距離，m；
Kt—溫度系數，
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；
公式(4)
Gφ—旋流風的角動量通量，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
α—射流擴展半角，隨旋流數呈線性增加；
α=Ko+KSo (6)
So—按三通道燃燒器出口尺寸和風速計算的旋流數。
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由冷態實驗等方法確定。

根據動量守恒原理，在射流擴展過程中，角動量和軸向動量均保持為常數，解聯立方程(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，第二項為射流旋轉運動而產生的附加引射量。

為達到煤粉在接近等當量比下燃燒，式(7)中M應根據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—熟料產量， Kg/s；
Q —煤粉應用基低位熱值， x4.18kJ/kg ；
式(7)中，X的最大值等于射流混合區長度，只有當射流出口動量小到一定值時，外回流區完全消失，才會出現這一情況，此時X為：
X=Xmax=公式 (9)
D—窯燒成帶有效內徑 ， m
將(8)、(9)式代入(7)整理后得：
公式(10)
根據實驗資料，等溫旋轉射流的引射量可用下列經驗式表示：
公式(11)
根據不同資料，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，若通過對現行噴咀結構利用冷態實驗等方法確定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。
根據計算機數值模擬結果，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

根據有關介紹，在不知道旋轉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構參數和工藝參數計算旋流數，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。下式是根據上述觀點經推導整理后得到的三通道噴煤管嘴旋流數的計算公式。
S= 公式(12)
P—占一次總風量（包括煤風）百分數， %；
φ—旋流葉片的軸向夾角；
—煤粉濃相輸送視密度， kg/m3；
—一次風凈風密度， kg/m3；
r’—環形出口外徑，mm；
r—環形出口內徑，mm
同理二通道燃燒器的旋流數可表達為：
S= 公式(13)
將我院冷模試驗用CTI型燃燒器噴咀結構參數代入(12)式，并令
P煤=33%， = ，得到下列等式：
S=
令φ=45°， P內=0.67 ， 得S=0.487；
令φ=45°， P內=0.335 ， 得S=0.171；
令φ=30°， P內=0.335， 得S=0.0986；
令φ=30°， P內=0.67 ， 得S=0.281；
通過上述計算可以發現，調節內、外風的比例來改變旋流數，從而達到改變火焰形狀的目的是極為有效的。這與冷態試驗結構是一致的。

附注：由于文中的公式較復雜，無法在此頁面上顯示。如需要原文，請與我們聯系。
E-MAIL：JSC@NCDRI.COM（作者：孔學標）

?