d的增大,轴向速度的峰值沿半径方向向外围移动,峰值略有减小,且随射流的发展衰减很快。这表明随αd的增大,其扩展作用加强,射流的混合强度相应加强,致使射流衰减加快,从而使旋转气流的轴向速度减小;另外由于αd增大,射流的扩展角增大,射流的横截面相应的增大,也导致轴向速度降低。 图4、5分别为回流区相对直径、射流扩展角随αd的变化趋势,其中D为回流区直径,mm,L为射流边界距射流中心的距离,mm。此处射流扩展角是将轴向速度沿径向衰减为该断面处最大速度的1/2倍位置处作为射流边界而得到的扩展角,称为半速扩展角α1/2。由图可见回流区直径随扩口扩角αd的增大而增大,射流扩展角也有相同趋势。这是由于淡一次风扩口的存在,对旋流二次风有导流作用,αd的增大,迫使旋流二次风沿径向向外扩展,气流径向动量增大,使射流的回流区和扩展角增大;二次风的向外扩展也降低了对一次风的约束作用,使一次风向外膨胀,造成中心区域负压增大;同时αd的增大,使淡一次风喷口面积增大,一次风速度相应的减小,较小的一次风速也是增大回流区直径和射流扩展角的有利因素。回流区尺寸的增大也使得回流量相应的增大,这有利于强化煤粉的燃烧。另外,文[4]在单相试验台上曾就淡一次风扩口的阻力特性进行过研究,结果表明αd的增大,会增大对二次风的阻碍作用,从而增大二次风的阻力系数。 湍动能代表气流脉动的强度。从气相湍动能分布图(图6)上可以看出,回流区内湍动能小,脉动强度较弱;回流区边界和旋流二次风主流区内由于存在较大的速度剪切层,湍动能大,脉动强度高。由于气流的扩展和湍流输运作用,湍流脉动的水平不断衰减,射流后期湍动能趋于平缓。在截面x/d=0.11~0.51之间,与10°扩口相比,30°扩口在回流区附近有更大的湍动能, 这表明αd的增大,加大了一、二次风之间的速度梯度和对气流的扰动,使气流的湍流能量水平大幅度提高。湍流能量的提高能加强气流之间动量和质量的交换,有利于提高燃烧反应速度,并增加火焰传播速度,有利于煤粉的着火和燃烧。

图3 不同淡一次风扩口扩角下气相轴向平均速度(m*s-1) Fig.3 Axial mean velocity of air at different lean primary air outlet angle

图4 αd对回流区直径的影响 Fig.4 Effects of lean primary air outlet angle on the diameter of recirculation zone

图5 射流半扩展角受αd的影响 Fig.5 Effects of lean primary air outlet angle on the half expanding angle of jet
颗粒粒径为颗粒直径大小按个数平均的平均直径d10。从图7的颗粒粒径分布图上可见,粒径分布的规律相同。由于一次风为直流,因而颗粒保持直流流动的特点,较大的颗粒由于惯性而继续前进,较小的颗粒受气流的影响易扩散至二次风和中心回流区中。因此,在x/d=0.11~0.51的区域中,中心回流区和边壁附近颗粒平均粒径较小,回流区外颗粒粒径较大。随着射流的发展,颗粒逐渐混合均匀,使得以后各截面的颗粒平均粒径趋于均匀分布。 颗粒浓度取为颗粒相对数密度C/Cmax(颗粒数密度为单位体积内的颗粒数,C为每一测点的颗粒数密度,Cmax为该截面颗粒数密度最大值)。由图8可以看出,在每一个截面均由一个浓度的峰值,即在回流区附近存在一个较大的颗粒浓度梯度。相对于30°扩口的颗粒浓度分布,10°扩口的颗粒浓度的峰值更靠近中心回流区,在x/d=0.11~0.51截面之间,其边壁附近的颗粒浓度也较低,这是由于10°扩口对一次风的约束作用较强,阻碍了一次风沿径向的膨胀,使得一次风向外扩散的速率较慢,更多的颗粒停留在中心区域,使得该区域颗粒浓度较高,在x/d=1以后,随着射流的发展颗粒才扩散开来。对于αd=30°扩口,由于扩口对一次风的导流作用较大 ,引起了一次风的向外膨胀,使得靠近高温回流区处煤粉浓度的降低,不利于形成有利于火焰稳定的高温、高浓度区域,将影响煤粉的着火和稳燃。因此,从燃烧的角度来看的,α |