Шайхутдинов Ярослав Олегович – аспирант кафедры «Специальных технологий в образовании»
г. Казань
Yaroslav O. Shaikhutdinov
Kazan
Павлов Григорий Иванович – д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Специальных технологий в образовании»
г. Казань
Gregory I. Pavlov
Kazan
Халиулин Руслан Рафаэлевич – канд. техн. наук, доцент кафедры «Реактивных двигателей и энергетических установок»
г. Казань
Ruslan R. Khaliulin
Kazan
Теляшов Дмитрий Александрович – учебный мастер кафедры «Специальных технологий в образовании»
г. Казань
Dmitry A. Telyashov
Kazan
Тихонов Олег Александрович – ст. преподаватель кафедры «Реактивных двигателей и энергетических установок»
г. Казань
Oleg A. Tikhonov
Kazan
АКТУАЛЬНОСТЬ. Основным элементом блочных горелок является сопловой блок, от которого зависит эффективность и надежность работы горелочного устройства. Большая часть серийно выпускаемых сопловых блоков имеет в своей конструкции диск с закручивающими лопатками для турбулизации потока, однако такие диски создают значительное газодинамическое сопротивление.ЦЕЛЬ. Исследование влияния углов подачи горючего газа (угол к оси β и угол хорды α) на распределение газа по сечениям цилиндра, степень закрутки потока и степень разрежения с принудительной подачей воздуха осевым вентилятором без использования закручивающих дисков.МЕТОДЫ. Исследования проводились численным методом для изотермических струй и потока в программном комплексе ANSYS Fluent с использованием модели турбулентности SST k-ω.РЕЗУЛЬТАТЫ. Установлено, что минимальный коэффициент вариации для всех рассмотренных конфигураций обеспечивается при вихревом числе порядка S=0,4-0,5. Степень разрежения зависит от комбинации углов β и α, максимальное разрежение было достигнуто при β = 90°/α = 15°. Скорость крутки зависит как от вихревого числа S, так и от комбинации углов β и α, причем для каждого угла β существует собственный диапазон изменения S для поддержания максимальной скорости крутки.ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Найдена конфигурация (β = 90°/α = 26°) для достижения компромисса между высокой степенью крутки (S=0,58-0,48), протяженной зоной разрежения (с пиковой точкой -433 Па) и равномерным распределением газа в сечениях соплового блока: коэффициент вариации изменялся в пределах от 41% (1 калибр от точки ввода) до 13% (выходное сечение) Результаты работы имеют практическую ценность для проектирования горелочных устройств и проведения дальнейших расчетов с использованием модели горения.
RELEVANCE. The nozzle block is the important element of block burners, determining the efficiency and reliability of the burners. Most commercially available nozzle blocks incorporate a disk with swirl vanes to generate flow turbulence; however, such disks create significant gas-dynamic drag.THE PURPOSE. To study the influence of combustible gas feed angles (angle to the axis β and chord angle α) on gas distribution across the cylinder cross-sections, the degree of flow swirl, and the degree of vacuum using forced air supply by an axial fan without the use of swirl disks.METHODS. The study was performed numerically for isothermal jets and flow in the ANSYS Fluent software package using the SST k-ω turbulence model.RESULTS. The minimum variation coefficient for all considered configurations was found to be achieved at a swirl number of about S=0.4-0.5. Vacuum pressure depends on the combination of angles β and α, the maximum was achieved at β = 90°/α = 15°. The swirl rate depends on both the swirl number S and the combination of angles β and α, with each angle β having its own range of S variation to maintain the maximum swirl rate.CONCLUSION. A configuration (β = 90°/α = 26°) was found to achieve a compromise between a high swirl (S=0.58-0.48), an extended low-pressure zone (with a peak point of -433 Pa) and uniform gas distribution in the sections of the nozzle block: variation coefficient varied within the range from 41% (1 caliber from the inlet section) to 13% (outlet section). The results of the work are of practical value for the design of burner devices and further calculations using the combustion model.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.