自由射流對周圍氣體的卷吸能力,可以用卷吸率來表示。卷吸率,即卷吸量與射流初始質(zhì)量的比值,即:
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式中 qen——卷吸質(zhì)量流量;
qs——離噴嘴出口s距離截面上射流的總質(zhì)量流量;
q0——射流的初始質(zhì)量流量。
實(shí)驗(yàn)證明,對于等溫自由射流有,
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式中 d0為噴口直徑;比例常數(shù)de=0.25~0.45,與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。如de=0.32.射流卷吸率為,
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對于非等溫自由射流,ρ0≠ρa,則用當(dāng)量直徑代替噴口直徑,得:
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式中 ρ0——射流出口初始密度;
ρa——周圍介質(zhì)(空氣)密度。
在燃燒過程中,噴出氣體是燃?xì)猓时仨氂幸欢康目諝獗痪砦辽淞髦?,方能進(jìn)行燃燒。可用式(3—3)、式(3—4)計算應(yīng)有多長的射流長度才能從周圍獲得所需要的空氣量。
但是,由于燃?xì)夂涂諝庠谏淞鹘孛嫔系臐舛确植际菢O不均勻的,在射流四周空氣大量過剩,在射流中心燃?xì)獯罅窟^剩。為了充分完成混合過程,以便保證完全燃燒,還需要有一段擴(kuò)散過程。因此實(shí)際火焰長度,要比理論計算出的長度大得多。
[例3—3—1]已知噴嘴直徑d=30mm,燃?xì)獾蜔嶂礖L=12770kJ/m3,燃?xì)饷芏圈?sub>g=1.25kg/m3,燃?xì)庀蚩諝庵袊娙?,試計算其火焰長度。
解:根據(jù)燃燒計算經(jīng)驗(yàn)公式,由HL=12770kJ/m3可汁算理論空氣量V0=3.07m3/m3。由式(3—3)求得
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所以 s=0.33m
實(shí)際火焰長度當(dāng)然要比計算值大。理論證明,不管噴出速度如何,紊流射流的火焰長度與噴嘴直徑成正比。
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在燃燒技術(shù)中,射流往往不是噴人靜止的介質(zhì)而是噴入運(yùn)動的氣流,如燃?xì)鈬娙氲退龠\(yùn)動的空氣流中。
射流噴入到與它同向平行流動的主氣流中時,就形成平行氣流。見圖3—3—5。平行氣流中的自由射流,與靜止氣流中的自由射流相比,增加了一個過渡段。在過渡段等速核心已消失,但軸心速度衰減很慢,變化仍不顯著。直至過渡段終了,射流截面速度分布才穩(wěn)定下來。其后為射流基本段,此時軸心速度衰減就較明顯。
平行氣流中的自由射流邊界仍然是直線,但基本段的邊界線不同于起始段及過渡段,其極點(diǎn)到射流出口的距離為x0。
在平行氣流中,射流的擴(kuò)散混合、射流的擴(kuò)展、軸心速度的衰減、射流核心區(qū)的長度等,都與射流和主氣流間的速度差有關(guān)。
當(dāng)射流和主氣流之間存在著速度差和密度差時,射流與主氣流混合的強(qiáng)度取決于兩者動壓頭的比值,
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這里ρs、vs為主氣流密度和平均速度;ρ2、v2為射流密度和平均速度。
混合強(qiáng)度也正比于射流本身動壓頭絕對值的大小ρ2v22。當(dāng)vs很接近v2時,射流與主氣流的混合非常微弱;當(dāng)vs=v2時,因速度差引起的分子微團(tuán)間的湍流擴(kuò)散就不再進(jìn)行。射流與主氣流混合過程的動力來源,是射流所具有的初始湍流程度。
如射流與主氣流之間只存在速度差的情況下,則射流與主氣流的混合強(qiáng)度和射流的特性,就取決于主氣流速度vs與射流初速v0之間的速度差。
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圖3-3-5 平行氣流中的自由射流
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