文氏管收缩比对回流区流场特性的影响
文氏管几何参数与工况划分
文氏管的收缩比是指文氏管进口面积与喉部面积之比,从旋流器中出来的旋转射流先经过文氏管收敛段增大气流速度,至喉部气流速度达到最大值,然后在扩张段减速增压。文氏管的喉部作为收缩段和扩张段的连接部分,需要把这2种状态的气流进行合理过渡,才能保证气流在下游火焰筒内具有较好的性能。因此,在保证文氏管进口面积不变的情况下,通过改变喉部直径大小来改变收缩比,以此研究文氏管收缩比对回流区流场特性的影响。为划分的不同工况参数情况,其余的几何结构参数与前文采用的参数相同。
计算结果与分析
根据数值计算结果,对各个工况下的流场特性进行了详细分析,发现随着文氏管收缩比的变化,火焰筒回流区形状大小、回流场速度和涡旋分布均存在不同,这表明文氏管收缩比对燃烧室下游冷态流场特性具有一定影响。通过分析发现,文氏管收缩比在0.160~0.563内变化时,主回流区内依次出现双涡、三涡和四涡结构。与文氏管扩张角度变化时出现的
涡结构一样,双涡结构较为对称地排列在中轴线左右两侧;三涡结构不规则,且涡旋的形状大小各有差异。与这2种情况不同的是当文氏管收缩比为0.563时,回流区内出现左右对称排列的四涡结构,上下涡的形状大小有差异。这种变化说明当收缩比逐渐增大时,旋流之间以及旋流与壁面之间的强剪切作用不断增强。对于小涡来说等同于次涡,2个较大的涡相当于主涡,主涡可以起稳定火焰的作用,次涡可以使燃气与主流混合均匀,这种三涡或四涡结构在燃烧室的点火燃烧方面具有较大发展潜力。
为各工况下沿火焰筒中心线轴向速度的分布图,其中虚线是回流速度为0的参考线。回流区长度的变化。从工况1~工况8,即文氏管收缩比逐渐增大,回流区长度呈逐渐增大趋势,而且从曲线峰值点可以看出最大回流速度也逐渐增大,这可能是因为文氏管收敛段使气流加速,起到了速度放大作用。随着收缩比的增大,速度的放大倍数增大,同时旋流强度随之增强,从而造成回流区长度和回流速度均增大。
给出了距
文氏管口底上的文氏管通出口轴向距离为5mm、25mm和45mm截面轴向速度沿径向的分布情况,选取4个典型的工况,工况4和工况5的回流区是双涡结构,工况7和工况8的回流区分别是三涡和四涡结构。工况7和工况8的回流区峰值速度相对比较大,说明随着文氏管收缩比的增大,回流区内涡结构由双涡变化到三涡和四涡,并且三涡或四涡结构的回流强度相比双涡结构要强。
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