„Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej”

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

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

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

4. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Stanowisko badawcze Parametry geometryczne: - średnica wewnętrzna D1=0.015 m, - długość nasadki dyszy zewnętrznej L=D1, - szerokości szczeliny w=0.5D1, w=0.25D1 - kąt rozwarcia nasadki  = 70, = 00.

5. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Pomiary prędkości zdmuchiwania – podstawowa geometria dysz - zabieg odsysania dla najmniejszegonatężenia przepływu zwrotnego (tj. U2 = 0.1m/s)jest mało efektywny - zwiększeniu prędkości przepływuzwrotnego do poziomu U2 = 0.2m/s towarzyszy gwałtowny przyrost granicznej prędkości U1, nawet o100% w porównaniu z U2=0 - dla U2=0.3 m/s obserwuje się ok. 3-krotny wzrost prędkości zdmuchiwania

6. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Pomiary prędkości zdmuchiwania – wpływ szerokości szczeliny Bezwymiarowy parametr: w/D1 = 0.5 w/D1 = 0.25 • redukcja wymiaru w/D1w znaczący sposóbprzyczyniła się do podniesienia granicy stabilnego spalania, szczególnie dlaniższych wartości U2 , • dlaU2 = 0.1m/s mniejsza średnica nasadkidaje 2-krotny wzrost U1, ten sam rezultat uzyskujemy dlaU2=0.2 m/s (w/D1=0.5), • redukcja zapotrzebowania mocy do wygenerowania przeciwprądu

7. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Pomiary prędkości zdmuchiwania – wpływ kąta rozwarcia nasadki zew. • graniczne prędkości stabilnego spalania dla najmniejszych natężeń przepływu zwrotnego (U2£ 0.1m/s) uległy podwyższeniu, • ze wzrostemzawartości paliwa w mieszance palnej względny przyrost wartości U1stopniowo maleje,

8. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Wizualizacja płomienia a) "stabilny" - niskimpoziomem intensywności turbulencji; powierzchnia frontu spalania ma kształtcylindryczny i nie ulega przemieszczaniu, Wpływ prędkości wypływu mieszanki na strukturępłomienia (=1.66; U2=0 ). b) „świszczący" - zaburzenie struktury i towarzyszący temu quasi-monoharmoniczny efekt akustyczny, c) "poszarpany" – turbulizacja przepływu, powierzchniafrontu spalania pofałdowana; płomień emituje szerokopasmowy szum owysokim poziomie natężenia, d) "oderwany" - prędkość wypływu bliska prędkości spalania; odsunięcie płomienia od wylotu z dyszy; płomień bliski zdmuchnięcia.

9. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA d) b) c) a) U2=0.55 m/s U2=0.8 m/s U2=1 m/s U2=0.15 m/s XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Wizualizacja płomienia – wpływ strugi zwrotnej Sekwencja zdjęć wykonana dla składu mieszanki  = 1.25 oraz prędkości wypływu z dyszy U1 = 9.35 m/s Przylgnięcie płomienia do wylotu z dyszy przy wzroście prędkości strugi zwrotnej

10. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Pomiary granicy palności - spalania mieszankizaazotowanej gdzie: - VN2 strumień objętości azotu, - VCH4+N2 strumień objętości paliwa z balastem. Współczynnik zaazotowania (procentowa zawartość azotu w paliwie): • • -potwierdzona skuteczność zabiegu odsysania w przypadkugazówzaazotowanych - średnio wzrost U1 jest na poziomie ok. 20%

11. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Pomiary granicy palności - spalania mieszankizaazotowanej - zubożenie mieszanki palnej pogorszenie warunków spalania zarówno dla przypadku przepływu bez i z zastosowanym odsysaniem, - zubożenie paliwa kilkukrotne zmniejszenie przyrostu prędkości mieszanki U1. • •

12. „Zastosowanie przepływu zwrotnego do optymalizacji spalania w strudze swobodnej" D.ASENDRYCH, T. FRANIA XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów Waplewo 2004 Podsumowanie • Przeprowadzonoeksperyment 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 U2=2.5cm/s), natężenie przepływu strugi zwrotnej stanowi 2% natężenia przepływu strugi głównej, • możliwość zastosowania zabiegu odsysania do paliw ubogich.