Жану процессін тұрақтандыру

Алауды тұрақтандыру үшін оттық сағасы айналасында газауа қоспасының сенімді оталдыруы үшін керекті шарттарды тудыру керек.

Тұтақтандырғаштар ретінде керамикалық үңгірлер (сурет 3.11), жандырғаш белдеулер, нашар сүйірленген денелер (сурет 3.12), ал аэродинамикалық әдістерден – ауа ағынын бұрау, араластырғаш кесі шығаберісіндегі жану өнімдерінің рециркуляция алаңын тудыру ең көп қолданыс тапқан.

Үңгірлерде тұрақтандыру кезінде ағын қондырмадан үлкен диаметрлі үңгірге шығады. Үңгірдің бас жағында жану өнңмдерінің рециркуляциясы жүзеге асырылатын тұрақты құйын алаңдары пайда болады. Қыздырылған өнімдер жаңа қоспаны жандырады. Диаметрлердің оптималды қатынастары болады, себебі, бір жақтан, рециркуляция өнімдері бастапқы қоспаны жандырады және ағынның шектік алағын оттану температурасына дейін жылыту үшін жеткілікті болу керек, ал басқа жағынан, рециркуляция газдары жану жылдамдығын кішірейте отырып бастапқы қоспаны араластырады. Тәжірибе жүзінде таңдалған диаметрлердің оптималды қатынасы ~2,5 болып шықты.

Нашар сүйірленген денелер сол сияқты тұрақтандырғыш артындағы алаңда өнімдердің рециркуляция зонасынмен бірге құйынның түзілуіне әкеледі (сурет 3.12).

Сурет 3.11. Керамикалық үңгір схемасы	Сурет 3.12. Нашар сүйірленген дене артындағы жану өнімдерінің рециркуляциямен жандыруды ұйымдастыру схемасы

Жану өнімдерінің рециркуляция алаңдарын тұрақтандырылуын ағысты бұрау есебінен ұйымдастыруға болады (сурет 3.13). Сонымен қатар шыға берістегі кесіндідегі және ағыс ортасында сиректену алаңы пайда болады, ол өз ретінде қызған жану өнімдерінің рециркуляциясын қамтамасыз етеді.

Оттықтардың тангенциалды орналасуы кезінде ағыстың әрекеттесуі есебінен (сурет 3.14) оттық ортасында жандыру көзі болып табылатын қыздырылған жану өнімдерінің тұрақты құйынын тудыруға болады.

Сурет 3.13. Құйында оттықтарды қолдану кезіндегі шырақ тұрақтандырылуы	Сурет 3.14. Оттықтардың тангенциалды орналасуы кезінде шырақ тұрақтандырылуы

2. Алдын ала дайындалған қоспалардың турбулентті жануы

Ламинарлы ағыстану Re – ның кішкентай шамасы кезінде ғана мүмкін. Re > Re_кp кезінде ағыстау тұрақтылығы бұзылады жіне аз көлемдердің қозғалысы реттелмеген, пультенген болады. Мұндай шарттарда алаудың ламинарды таралуы заңдары өз күшін жоғалтады. Шешуші фактор болып турбулентті пустену және онымен байланысқан аралассу интенсивтілігі саналады.

Бунзен оттықтарры жұмысы мысалымен алау құрылысының (сурет 3.15) өзгерісін қарастырамыз. Ламинарлы ағыс кезінде алаудың тегіс және жұқа фронты байқалады. Rе шамасы критикалық мәнге ие жеткенде алау қысқарады, ұлғаяды және қатты сиретілген болып көрінеді. Алаудың қысқаруы турбуленттікпен түсіндірілетін, алаудың таралу жылдамдығының өсуімен байланысты.

Турбулентті алауды химиялық реакция турбулентті диффузия және турбулентті жылу өткізгіштік есебінен жылдамдатылады. Сондықтан турбулетті орын ауыстыру процесстері жылдамдық функциясы (Rе) болып келеді, алаудың турбулентті таралу жылдамдығы U _т сол сияқты жыдамдық функциясы болып келеді (немесе Rе санының). Алаудың турбулентті таралуының екі теориясы бар:

Сурет 3.15. Ламинарлы режимнен турбуленттіге көшкенде алау құрылысынң өзгерісі	Сурет 3.16. Кіші масштабты турбуленттік кезіндегі алау схемасы

1. Беттік жану теориясы.

Турбуленттілік әсерінен алау фронты бұрылады, оның беттік жағы сиректенеді және қатты ұлғаяды (сурет 3.13). Алау өркендеген бет бойымен U_n тұрақты жылдамдығымен таралады, ал алау таралу жылдамдығының өсуі жану фронты бетінің ауданынң өсуіне пропорционал болады .

Турбулентті жану фронтыбетінің ауданын конус ауданы ретінде қарастыра отырып, беттер қатынасының өсуі -ге пропорционал екенін аламыз, онда екенін аламыз. Бұл теория кіші масштабты тублуленттілік кезінде жақсы анықталады.

2. Көлемдік жану теориясы.

Үлкен масштабты турбуленттілік қарастырылған кезде қолданылады. Жанғыш қоспа мен жану өнімдерінің элементарлы көлемдері жаңа қоспаға орын ауыстыра отырып, жандыру ошақтарын тударады (сурет 3.17). Жаңа қоспа жану алаңына тие отырып фронтты бөлек бөлек жану ошақтарына бөледі. Жану алаудың нормалды таралу заңдылығы бойынша жүреді. Алау фонты бөлек мольдер бетінің қосындысы болып келеді. Бұл жағдайда және шырақ биіктігі, тәжірибе көрсететіндей, қоспаның ағыстау жылдамдығынан тәуелді болмайды .

Сурет 3.14. Үлкен масштабты турбуленттілік кезіндегі алау схемасы

Жану камерасына оттықтар арқылы берілетін қоспа, өзімен жану өнімдерінің жоғары қыздырылған ортасында таралатын изотермиялық емес ағысты береді. Ағыстың турбулентті ұлғаю процессінде жанғыш қоспа қыздырылады және бір уақытта жану өнімдерімен араласады. Қыздыру ағыс шегімен интенсивті өтеді және оттық сағасынан алыстауымен ағыс ішіне таралады. Температура және концентрация таралуы қисықтары сурет 3.18 көрсетілген. Сыртқы шектерге жақындаған сайын температура көтеріледі, ал жану қоспасының концентрациясы төмендейді. Ағыстың жандырылуы оның сыртқы қабаттарында конустық беттерінде болады, онда алаудың таралу жылдамдығы максималды шамаға ие. Шекті қабаттардың жандырылуынан турбулентті жылу өькізгіштікпен жылу көрші қабаттарға беріледі, сонысымен олардың реттік жандырылуын тудырады. Жану ең алдымен шырақ осіне жететін нүктемен жану алаңы шектеледі және формуласымен есептеледі, мұнда U _т – алаудың турбулетті таралу жылдамдығы. Жанудың көрінетін фронты шырақтың () бөлігі болып келеді, мұнда - жану фронтының қалыңдығы. Онда ағыстың жандырылуы және жанғыштардың негізгі жанып шығуы (90 % - ға дейін) жүреді. Жану көрінетін фронт алдында аяқталады, шырақтың жалпы ұзындығын анықтайды. бөлігі толық жануға дейін жанып бітк алаңы ұзынды деп алайды.

  Сурет 3.18. Турбулентті шырақ құрылысы

3. Газдардың диффузиялық жануы

Оттық арқылы құрамына оттек кірмейтін газды берген жағдайда, диффузия арқылы жіберілетін қоршаған ауа оттегісін қолдану есебінен оны жандыруы нәтижесінде жануы жүреді. Сондықтан тотықтырғаш пен жындырғыштың өзара диффузиясы процессі кезінде жануы жүреді, сонда жану жылдамдығы араласу процессі интенсивтілігімен анықталады, мұндай жану диффузиялық деп аталады. Араласу сипатынан байланысты ламинарлы және турбулетті диффузиялық жану түрлерін ажыратады.

Ламинарлы диффузиялық жану оттықтан ағып өтетін газдың ламинарлы қозғалу режимінде жүреді. Тұрақты жану алаңы бет бойынша анықталады, мұнда жындырғыш және тотықтырғыш стехиометриялық қатынаста болады. Түзілетін жану өнімдері шырақ ішінде де қоршаған ортада да диффузияланады. Диффузиялық ламинарлы шырақ құрылысы 3.19 суретінде көрсетілген. Жындырғыш концентрациясы ағыс осіндегі ең үлкен мәнінен алау фронтында нолге дейін төмендейді, ал оттегі концентрациясы нолден алау фронтында оның қоршаған ағыстағы мәніне дейін өзгереді. Өнімдер концентрациясы фронтта максималды.

Сурет 3.19. Диффузиялық ламинары алау құрылысы

Диффузиялық ломинарлы алауда температура жану алаңында максималды мәнге ие. Жану алаңына жетер алдында оттықтан шығатын газ диффузия мен жылу өткізгіштікпен берілетін жылу есебінен қыздырылады. Көмірсутектерді жандыру кезінде оларды қыздыру күл мен сутектің түзілуімен жүретін термиялық бұзылуға әкеледі. Алаудағы бос көміртек пен күлдің кіші дисперсті бөліктері жану кезіндегң жылу есебінен қыздырылып, алаудың жалтырауын шақырады. Күл бөліктерінің диффузиялық жануы салыстырмалы баяу жүреді, соның нәтижесінде отынның толық жанбауы болуы мүмкін.

Ламинарлы диффузиялық алау биіктігі мына формуламен анықталады

, (3.15)

мұнда W – газдың ағыстау жылдамдығы; R – қақпа тесігінің радиусы; D – молекулалық диффузия коэффициенті.

Диффузиялық жандыру интенсивтілігі қоспа түзілу интенсивтілігінен тәуелді. Алаудың турбулентті ағыстау кезінде масса алмасу интенсивті, ал ламинарлыда, өндірістік шарттар үшін турбуленттік диффузиялық жану әдісіболып келеді. Жылдамдықтың артуымен бірталай максимумға жетіп шырақ мөлшері өседі. Бір уақытта өз кескінін және шыңының тұрақтылығын жоғалта бастайды. Шырақтың турбулизациясы басталады, ол оның ұзындығының көп бөлігін алып жатады. Шырақ тамырына турбулентті фронттың жақындауынан оның биіктігі бірталай азаяды, ал әрі қарай азды-көпті тұрақты болып қалады. Газ ағысының жылдамдығы біршама критикалық мәндерге жеткенде барлық шырақ турбулентті болады, және әрі қарай жылдамдық артқанда биіктігі өзгеріссіз қалады. Турбулентті диффузиялық шырақтың қатыстық биіктігі келесі формуламен есептеледі

, (3.16)

мұнда h – шырақ ұзындығы; d – оттық сағасының диаметрі; V ⁰ – жану өнімдерінің теориялық көлемі; r_в және r_г – газ және ауа тығыздығы. Диффузиялық шырақтың ламинарлы жану режимінен турбуленттіге көшкенде әр түрлі газдарда Re –нің әр түрлі критерийлері кезінде байқалады, сутек үшін ол 2200 тең, кокстық газ үшін 3700-4000, көміртек оксиді үшін – 4750, пропан жіне ацетилен үшін – 8900-10400.

Дата добавления: 2015-10-23