[go: up one dir, main page]

RU2252065C1 - Method of two-stage mixing of a liquid and a gas with heightened homogeneity - Google Patents

Method of two-stage mixing of a liquid and a gas with heightened homogeneity Download PDF

Info

Publication number
RU2252065C1
RU2252065C1 RU2004108175/15A RU2004108175A RU2252065C1 RU 2252065 C1 RU2252065 C1 RU 2252065C1 RU 2004108175/15 A RU2004108175/15 A RU 2004108175/15A RU 2004108175 A RU2004108175 A RU 2004108175A RU 2252065 C1 RU2252065 C1 RU 2252065C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid
gas
flow
nozzle
mixture
Prior art date
Application number
RU2004108175/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.И. Кутыш (RU)
И.И. Кутыш
Д.И. Кутыш (RU)
Д.И. Кутыш
А.И. Кутыш (RU)
А.И. Кутыш
Original Assignee
Кутыш Иван Иванович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кутыш Иван Иванович filed Critical Кутыш Иван Иванович
Priority to RU2004108175/15A priority Critical patent/RU2252065C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2252065C1 publication Critical patent/RU2252065C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering; power engineering; transportation industry; domestic equipment and other industries.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the fields of mechanical engineering, power engineering, transportation industry, domestic equipment and other fields, where processes of mixing of different liquids and gases take place, and also, in particular, to creation of low- emission combustion chambers (CC) of the stationary gas-turbine plants (GTP) with a preliminary preparation of a mixture of a liquid or gaseous fuels and air. According to the offered method the liquid and the gas are preliminary mixed, then a stream of the formed two-phase mixture pass through a penetrable element (PE) with a set value of porosity, where the basic mixing of components takes place with formation of a homogeneous mixture and its speeding up in the nozzle. The liquid is sprayed by its feeding either through a centrifugal or an air-operated injectors or through a perforated element and (or) an additional PE with the given values of porosity and dispersity installed at the end of the corresponding trunks of the liquid feeding. At that the liquid is fed under pressure, at which the dripping mode of its outflow from the additional PE is realized. A field of the centrifugal force is influenced on the two-phase mixture stream. For this purpose a special device - a turbulent mixing chamber representing a cap-shape hollow body of rotation is used. At that the side walls of the camber are in part or completely formed by PE. The field is formed by rotation of the two-phase mixture stream along the lateral surface of the turbulent mixing chamber with the help of an inlet axial - vane swirler or at the expense of one-, two- or multi-channel tangential feeding of the stream to this surface. In the capacity of a nozzle they use an outlet axial - vane swirler and (or) an axisymmetric profiled converging nozzle. Realization of the given method allows to produce the low- emission combustion chambers (CC) of the gas-turbine installations (GTI), household, office and industrial mixers with a multiple (in 5-7 times) saving of the sweet water and safe heaters of water with the help of the heated air, etc.
EFFECT: the invention allows to produce the low- emission combustion chambers of the gas-turbine installations, household, office and industrial mixers with a multiple (in 5-7 times) saving of the sweet water as well as the safe heaters of water.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, энергетики, транспорта, бытовой техники и к другим областям, где имеют место процессы смешения различных жидкостей и газов, а также, в частности, к созданию малоэмиссионных камер сгорания (КС) стационарных газотурбинных установок (ГТУ) с предварительной подготовкой смеси жидкого или газообразного топлив и воздуха.The invention relates to the field of engineering, energy, transport, household appliances and to other areas where there are processes of mixing various liquids and gases, and, in particular, to the creation of low-emission combustion chambers (CS) of stationary gas turbine units (GTU) with preliminary preparation mixtures of liquid or gaseous fuels and air.

Способ смешения, в соответствии с которым жидкость распыляется за счет взаимодействия с высокоскоростным потоком газа, называют пневматическим.The mixing method, in accordance with which the liquid is sprayed by interacting with a high-speed gas stream, is called pneumatic.

Устройство, в котором реализуется какой-либо способ смешения жидкости и газа, называют пневматическим распылителем или пневматической форсункой. Детальная классификация пневматических устройств, которые применяются для распыления жидкости, содержится в работе [1] (Основы техники распыливания жидкостей. Пажи Д.Г., Галустов B.C. -M.: Химия, 1984, 254 с.).A device that implements any method of mixing liquid and gas is called a pneumatic atomizer or a pneumatic nozzle. A detailed classification of pneumatic devices that are used to spray liquids is contained in [1] (Fundamentals of the technique of spraying liquids. Pages DG, Galustov B.C.-M .: Chemistry, 1984, 254 pp.).

Пневматическое смешение жидкости и газа может происходить как внутри самого распылителя (внутреннее смешение), так и за его пределами (внешнее смешение).Pneumatic mixing of liquid and gas can occur both inside the atomizer (internal mixing) and outside (external mixing).

Известны способы струйного смешения [1], в одном из которых жидкость и газ смешивают путем подачи жидкого компонента в виде системы струй в сносящий поток газа. Струи жидкости расположены под углом к оси потока газа и равномерно по окружности. В другом способе газ подают с периферии в виде системы струй в сносящий поток жидкости под некоторым углом к его оси. Недостатком обоих способов является невозможность обеспечить качественное смешение жидкости и газа в рамках устройств, в которых реализованы данные способы, т.к. для этого необходимо 220-240 калибров [2] (Прикладная газовая динамика. Абрамович Г.Н. Изд. 3-е. Перераб. -M.: Наука, 1969. 824 с.), которыми устройства не располагают.Known methods of jet mixing [1], in one of which the liquid and gas are mixed by supplying the liquid component in the form of a system of jets in a blowing gas stream. The jets of liquid are located at an angle to the axis of the gas flow and evenly around the circumference. In another method, gas is supplied from the periphery in the form of a system of jets into a carrying fluid stream at an angle to its axis. The disadvantage of both methods is the inability to provide high-quality mixing of liquid and gas in the framework of devices in which these methods are implemented, because this requires 220-240 calibers [2] (Applied gas dynamics. Abramovich GN. Ed. 3rd. Revised. -M .: Nauka, 1969. 824 pp.), which the devices do not have.

Рассмотренные выше способы внутреннего смешения жидкости и газа являются струйными и отличаются только схемами подачи компонентов.The above methods of internal mixing of liquid and gas are jet and differ only in the supply circuits of the components.

Недостатки струйных способов внутреннего смешения жидкости и газа частично устраняются в способах с применением проницаемого элемента (ПЭ).The disadvantages of jet methods of internal mixing of liquid and gas are partially eliminated in methods using a permeable element (PE).

Различают устройства, в которых через ПЭ пропускают либо только жидкость, либо только газ.There are devices in which only liquid or only gas is passed through PE.

Известно устройство для насыщения жидкости газом с применением ПЭ [3] (Патент РФ №2178728), в соответствии с которым через ПЭ пропускают только газ. ПЭ выполнен в виде нескольких проницаемых трубок. Жидкость поступает во внутреннюю полость трубок через их торцы, а газ через микропоры в стенках также попадает в их внутреннюю полость, где смешивается с жидкостью. Образовавшаяся смесь вытекает через противоположные торцы трубок. К достоинству этого способа можно отнести то, что применение ПЭ позволило превратить поток газа за счет его пористой структуры в бесконечное множество струй, что способствует более быстрому и качественному перемешиванию жидкости и газа за пределами ПЭ.A device is known for saturating a liquid with gas using PE [3] (RF Patent No. 2178728), according to which only gas is passed through PE. PE is made in the form of several permeable tubes. The liquid enters the inner cavity of the tubes through their ends, and the gas also passes through the micropores in the walls into their inner cavity, where it is mixed with the liquid. The resulting mixture flows through the opposite ends of the tubes. The advantage of this method can be attributed to the fact that the use of PE made it possible to turn the gas flow due to its porous structure into an infinite number of jets, which contributes to faster and better mixing of liquid and gas outside PE.

В другом устройстве через ПЭ пропускают только жидкость [4] (Патент РФ №2006645). В ПЭ происходит дробление жидкости за счет разветвленной пористой структуры ПЭ, а ее смешение с воздухом - за пределами ПЭ в струе набегающего потока газа, что позволяет также сократить путь смешения компонентов. Однако к недостаткам этого способа следует отнести большое сопротивление, оказываемое жидкости из-за ее высокой вязкости при прохождении через ПЭ.In another device, only liquid is passed through the PE [4] (RF Patent No. 20066645). In PE, liquid is crushed due to the branched porous structure of PE, and its mixing with air is outside PE in a free-stream gas stream, which also reduces the mixing path of the components. However, the disadvantages of this method include the large resistance exerted by the liquid due to its high viscosity when passing through PE.

Чтобы уменьшить перепад давления на ПЭ, его вращают [5] (Колесник А.А. Канд. дисс. Казань, КХТИ, 1983. 216 с.). Под действием центробежной силы частицы жидкости движутся по микроканалам пористой структуры ПЭ, вызывая насосный эффект. Возникновение насосного эффекта при вращении ПЭ позволяет распылять жидкость даже при атмосферном давлении. При образовании капель центробежная сила, действующая на жидкость, расходуется на преодоление силы трения жидкости о стенки микроканалов, силы поверхностного натяжения жидкости, силы трения жидкости о газ и придания жидкости кинетической энергии. В работе [5] показано, что при постепенном увеличении окружной скорости вращения ПЭ u можно наблюдать следующие режимы истечения из него жидкости:To reduce the pressure drop across PE, it is rotated [5] (Kolesnik AA, Cand. Diss. Kazan, KHTI, 1983. 216 pp.). Under the action of centrifugal force, the fluid particles move along the microchannels of the porous structure of PE, causing a pumping effect. The occurrence of a pumping effect during the rotation of PE allows atomization of the liquid even at atmospheric pressure. When droplets are formed, the centrifugal force exerted on the liquid is expended to overcome the force of friction of the liquid against the walls of the microchannels, the forces of the surface tension of the liquid, the forces of friction of the liquid against the gas and imparting kinetic energy to the liquid. In [5], it was shown that with a gradual increase in the peripheral speed of rotation of the PE u, one can observe the following modes of fluid outflow from it:

- пленочный режим истечения при окружной скорости вращения поверхности ПЭ u≤ 2 м/с;- film flow regime at a peripheral speed of rotation of the surface of the PE u≤ 2 m / s;

- пленочно-струйный режим истечения при 2 м/с<u≤ 8м/с;- film-jet mode of expiration at 2 m / s <u≤ 8m / s;

- струйный режим истечения при 8 м/с<u≤ (12-20) м/с;- jet flow mode at 8 m / s <u≤ (12-20) m / s;

- капельный режим истечения при u>(12-20) м/с.- drip flow regime at u> (12-20) m / s.

При этом степень полидисперсности становится минимальной (1≤ dk.max/dk.min≤ 2, где dk.max и dk.min - соответственно максимальный и минимальный диаметры капель жидкости).In this case, the degree of polydispersity becomes minimal (1 ≤ d k.max / d k.min ≤ 2, where d k.max and d k.min are the maximum and minimum diameters of liquid drops).

Например, чтобы распылить жидкость до почти монодисперсного состояния, ПЭ с наружным диаметром 20 мм необходимо вращать со скоростью (11500-19100) об/мин. При такой скорости вращения ПЭ возникает опасность его разрушения, особенно при работе ПЭ под давлением жидкости, превышающем атмосферное давление. Вторым недостатком такого способа смешения жидкости и газа является невозможность обеспечить герметичность между неподвижным корпусом и вращающимся ПЭ при подаче жидкости под давлением. Кроме того, экономия энергии, обусловленная низким рабочим давлением жидкости, может быть с лихвой перекрыта затратами энергии на вращение ПЭ. Поэтому такой способ будет иметь ограниченное применение.For example, in order to spray a liquid to an almost monodisperse state, PE with an outer diameter of 20 mm must be rotated at a speed of (11500-19100) rpm. At such a rotation speed of PE, there is a danger of its destruction, especially when the PE is operating under a liquid pressure exceeding atmospheric pressure. The second disadvantage of this method of mixing liquid and gas is the inability to ensure tightness between the stationary body and the rotating PE when the liquid is supplied under pressure. In addition, the energy savings due to the low working pressure of the liquid can be more than offset by the energy costs of rotating PE. Therefore, this method will have limited application.

При неподвижном ПЭ все эти режимы истечения жидкости можно получить за счет постепенного увеличения давления подачи жидкости.With stationary PE, all these modes of fluid flow can be obtained by gradually increasing the pressure of the fluid supply.

Упомянутые выше способы смешения жидкости и газа с применением ПЭ следует отнести к струйным способам, которые имеют те же недостатки: большой потребный путь смешения компонентов.The above-mentioned methods of mixing liquid and gas using PE should be attributed to jet methods, which have the same disadvantages: a large required way of mixing the components.

Известен также способ смешения жидкости и газа с применением ПЭ, выполненного в виде круговой цилиндрической трубы или круговой конической трубы, в котором оба компонента: жидкость и газ пропускают через ПЭ [6] (авт.св. СССР №897306), установленный на оси смесителя. Причем подача жидкости и газа в ПЭ производится раздельно через его разные поверхности, которые изолированы друг от друга: газ подается через один торец ПЭ, а жидкость - через его цилиндрическую или коническую поверхность. В таком ПЭ, имеющем разветвленную поверхность с очень маленькими каналами, под действием капиллярных сил и турбулентных пульсаций скорости, давления, температуры и концентрации происходит дробление жидкости, а за счет хаотической структуры его микроканалов происходит взаимное проникновение жидкости и газа и их перемешивание, с одной стороны, и процессы выравнивания полей давления, концентрации и температуры под действием баро-, массо- и термодиффузии, с другой стороны. Поток образовавшейся двухфазной смеси выходит через противоположный торец ПЭ. Устройство с таким ПЭ позволяет распылить жидкость до состояния, близкого к монодисперсному состоянию. К достоинствам этого способа смешения можно отнести также тот факт, что до такого, почти монодисперсного, состояния жидкость распыляется в широком диапазоне изменения соотношений массовых расходов газа и жидкости. За счет применения ПЭ путь смешения жидкости и газа резко сокращается до размеров толщины ПЭ, что не достигается в упомянутых способах с применением ПЭ. Однако процесс выравнивания давления не успевает завершиться в пределах ПЭ ввиду ограниченности его размеров. Кроме того, неодинаковость давлений компонентов может приводить к запиранию того компонента, давление которого меньше.There is also known a method of mixing liquid and gas using PE, made in the form of a circular cylindrical pipe or circular conical pipe, in which both components: liquid and gas are passed through PE [6] (ed. St. USSR No. 897306) mounted on the axis of the mixer . Moreover, the supply of liquid and gas to the PE is carried out separately through its different surfaces, which are isolated from each other: gas is supplied through one end of the PE, and the liquid through its cylindrical or conical surface. In such a PE having a branched surface with very small channels, under the action of capillary forces and turbulent pulsations of speed, pressure, temperature and concentration, the liquid is crushed, and due to the chaotic structure of its microchannels, the liquid and gas cross-penetrate and mix, on the one hand , and the processes of leveling the fields of pressure, concentration and temperature under the influence of baro-, mass- and thermal diffusion, on the other hand. The flow of the resulting two-phase mixture exits through the opposite end of the PE. A device with such a PE allows the liquid to be sprayed to a state close to a monodisperse state. The advantages of this method of mixing include the fact that, to such an almost monodisperse state, the liquid is sprayed in a wide range of changes in the ratios of the mass flow rates of gas and liquid. Due to the use of PE, the mixing path of liquid and gas is sharply reduced to the dimensions of the thickness of PE, which is not achieved in the above methods using PE. However, the process of pressure equalization does not have time to complete within the PE due to its limited size. In addition, the uneven pressure of the components can lead to blocking of the component, the pressure of which is less.

Кроме того, известен способ смешения жидкости и газа с применением ПЭ [7] (Патент РФ №2104764), принимаемый нами за прототип, в котором устраняются недостатки предыдущих способов с использованием ПЭ.In addition, there is a known method of mixing liquid and gas using PE [7] (RF Patent No. 2104764), adopted by us as a prototype, which eliminates the disadvantages of previous methods using PE.

В соответствии с этим способом жидкость и газ предварительно смешивают путем подачи одиночной струи жидкости в сносящий поток газа. Далее поток образовавшейся двухфазной смеси дополнительно пропускают через ПЭ, где жидкость разрывается на мелкие части, которые затем проникают в газовую среду, что и приводит к качественному смешению жидкости и газа. В устройстве, в котором реализуется данный способ, отсутствует запирание одного из компонентов, однако не обеспечивается равномерное распределение жидкости по поверхности ПЭ и ее эффективное использование, т.к. во входном ресивере, образованном внутренней поверхностью корпуса смесителя и наружной поверхностью ПЭ, кинетическая энергия двухфазного потока практически равна нулю. В таких условиях жидкость под действием гравитационных сил сепарируется из потока, локализуясь на дне ресивера, т.е. вне поверхности ПЭ.In accordance with this method, the liquid and gas are pre-mixed by supplying a single jet of liquid in a carrying gas stream. Next, the flow of the resulting two-phase mixture is additionally passed through PE, where the liquid breaks into small parts, which then penetrate into the gaseous medium, which leads to high-quality mixing of the liquid and gas. In the device that implements this method, one of the components is not blocked, however, the liquid is not evenly distributed over the surface of PE and its effective use, because in the input receiver formed by the inner surface of the mixer body and the outer surface of the PE, the kinetic energy of the two-phase flow is practically zero. Under such conditions, the liquid under the influence of gravitational forces is separated from the stream, localized at the bottom of the receiver, i.e. outside the surface of PE.

Трудность получения однородной смеси жидкости и газа, т.е. равномерного распределения компонентов во всем занимаемом ими объеме, состоит в том, что их плотности при одинаковом давлении отличаются в сотни раз. Например, при подготовке стехиометрической смеси жидкого топлива и воздуха для КС стационарной ГТУ их объемы приходится смешивать в соотношении соответственно 1:(~11500), а при получении бедных топливовоздушных смесей - в соотношении соответственно 1:(18000-21000). При пневматическом смешении жидкого топлива и воздуха образуется очень широкий диапазон размеров капель топлива (1≤ dk≤ 100).The difficulty of obtaining a homogeneous mixture of liquid and gas, i.e. the uniform distribution of the components in the entire volume occupied by them, consists in the fact that their densities at the same pressure differ hundreds of times. For example, when preparing a stoichiometric mixture of liquid fuel and air for a stationary gas turbine compressor station, their volumes must be mixed in a ratio of 1: (~ 11500), respectively, and when producing poor air-fuel mixtures, in a ratio of 1: (18000-21000). During pneumatic mixing of liquid fuel and air, a very wide range of sizes of droplets of fuel is formed (1 ≤ d k ≤ 100).

Известно, что процесс дробления жидкого топлива на отдельные капли при его смешении с воздухом, процесс испарения топлива с поверхности этих капель, а также процессы гетерогенного и последующего гомогенного смешения топлива и воздуха под действием молекулярной и молярной (турбулентной) диффузии происходят одновременно. Однако для завершения этих процессов и получения однородной смеси из-за широкого диапазона размеров капель топлива требуются не только значительное время, но и большой путь, что приводит к увеличению длин факела горения смеси и КС, времени пребывания газа в области высоких температур и, как следствие, к образованию больших концентраций окислов азота и к снижению ресурса работы КС. Поэтому чтобы уменьшить размеры факела и КС при горении смеси жидкого топлива и воздуха стремятся уменьшить размер капель топлива и откалибровать их. В связи с этим применение ПЭ позволяет максимально сократить путь смешения и практически идеально откалибровать капли жидкости.It is known that the process of crushing liquid fuel into separate drops when it is mixed with air, the process of fuel evaporation from the surface of these drops, as well as the processes of heterogeneous and subsequent homogeneous mixing of fuel and air under the influence of molecular and molar (turbulent) diffusion occur simultaneously. However, to complete these processes and to obtain a homogeneous mixture due to the wide range of sizes of fuel droplets, not only a considerable time is required, but also a long path, which leads to an increase in the length of the flame of the mixture and KS, the gas residence time at high temperatures and, as a result , to the formation of large concentrations of nitrogen oxides and to reduce the life of the COP. Therefore, in order to reduce the size of the torch and CS during combustion of a mixture of liquid fuel and air, they seek to reduce the size of the droplets of fuel and calibrate them. In this regard, the use of PE can minimize the mixing path and calibrate the liquid droplets almost perfectly.

Задача изобретения заключается в увеличении эффективности процессов смешения жидкости и газа.The objective of the invention is to increase the efficiency of the processes of mixing liquid and gas.

Кроме того, для эффективного использования поверхности ПЭ необходимо обеспечить равномерное распределение компонентов смеси по этой поверхности, которое, в свою очередь, существенно зависит от однородности смеси, подаваемой на его поверхность.In addition, for efficient use of the surface of PE, it is necessary to ensure a uniform distribution of the components of the mixture over this surface, which, in turn, substantially depends on the uniformity of the mixture supplied to its surface.

Поставленные задачи достигаются следующими техническими решениями.The tasks are achieved by the following technical solutions.

1. До смешения с газом жидкость распыляют путем ее подачи через центробежную или пневматическую форсунки, установленные в конце магистрали подачи жидкости, либо через перфорированный элемент и (или) дополнительный ПЭ с заданными значениями пористости и дисперсности, также установленные в конце соответствующих магистрали подачи жидкости.1. Before mixing with gas, the liquid is sprayed by supplying it through a centrifugal or pneumatic nozzle installed at the end of the liquid supply line, or through a perforated element and (or) additional PE with the specified values of porosity and dispersion, also installed at the end of the corresponding liquid supply line.

2. Жидкость подают через дополнительный ПЭ под давлением, при котором реализуется капельный режим ее истечения.2. The liquid is supplied through an additional PE under pressure, at which a drip regime of its expiration is realized.

3. На поток двухфазной смеси воздействуют полем центробежных сил. Для этого используют специальное устройство - вихревую камеру, представляющую собой полое тело вращения чашечного типа, т.е. такое полое тело вращения, верхний торец которого открыт, а нижний торец - имеет днище. Камера установлена так, что ее ось симметрии занимает вертикальное положение. Причем боковые стенки камеры частично или полностью образованы ПЭ с заданными значениями пористости и дисперсности.3. The flow of a two-phase mixture is affected by a centrifugal force field. To do this, use a special device - a vortex chamber, which is a hollow cup-shaped rotation body, i.e. such a hollow body of revolution, the upper end of which is open, and the lower end - has a bottom. The camera is mounted so that its axis of symmetry occupies a vertical position. Moreover, the side walls of the chamber are partially or completely formed by PE with predetermined values of porosity and dispersion.

4. Поле центробежных сил создают путем вращения потока двухфазной смеси вдоль боковой поверхности вихревой камеры с помощью входного аксиально-лопаточного завихрителя, установленного перед вихревой камерой, либо за счет одно-, двух- или многоканального тангенциального подвода потока к этой поверхности.4. A field of centrifugal forces is created by rotating the two-phase mixture flow along the side surface of the vortex chamber using an inlet axial-blade swirl installed in front of the vortex chamber, or by a single, two or multi-channel tangential flow inlet to this surface.

5. В качестве ПЭ используют проницаемую цилиндрическую трубу, образованную усеченными прямыми круговыми цилиндрами, или проницаемую коническую трубу, образованную усеченными прямыми круговыми конусами с вершинами, направленными вниз.5. As a PE, a permeable cylindrical pipe formed by truncated straight circular cylinders or a permeable conical pipe formed by truncated straight circular cones with vertices pointing downward is used.

6. В качестве сопла используют выходной аксиально-лопаточный завихритель, установленный за вихревой камерой, и (или) осесимметричное профилированное сужающееся сопло.6. As the nozzle, use the output axial-blade swirl installed behind the vortex chamber, and (or) an axisymmetric shaped narrowing nozzle.

7. Приведенную абсолютную скорость потока двухфазной смеси на входе в вихревую камеру поддерживают в диапазоне 0,25-0,3 за счет регулирования расхода газа.7. The reduced absolute flow rate of the two-phase mixture at the inlet to the vortex chamber is maintained in the range of 0.25-0.3 by controlling the gas flow.

Приведем обоснования этих решений.We give justifications for these decisions.

1. Известно, что разбиение круглой одиночной струи жидкости диаметром D на систему, состоящую из n круглых струй меньшего диаметра d, с помощью системы n отверстий, при сохранении постоянным расхода жидкости, позволяет уменьшить диаметр одиночной струи в

Figure 00000002
раз. Во столько же раз уменьшается путь смешения жидкости и газа. Это происходит из-за того, что в
Figure 00000003
раз увеличивается поверхность контакта жидкости и газа, т.е. поверхность турбулентного обмена между компонентами.1. It is known that dividing a single circular jet of liquid of diameter D into a system consisting of n circular jets of smaller diameter d, using a system of n openings, while maintaining a constant flow rate, reduces the diameter of a single jet in
Figure 00000002
time. The path of mixing liquid and gas is reduced by the same amount. This is due to the fact that in
Figure 00000003
times the contact surface of liquid and gas increases, i.e. turbulent exchange surface between components.

Подачу жидкости через дополнительный ПЭ можно представить как подачу жидкости через перфорированный элемент с очень большим количеством отверстий.The flow of fluid through an additional PE can be represented as the flow of fluid through a perforated element with a very large number of holes.

Если расход жидкости небольшой, а число отверстий перфорации большое, то может оказаться, что размер отверстий в перфорированном элементе будет очень маленьким и возникнет опасность его засорения различными частицами, содержащимися в жидкости. В этом случае целесообразно использовать центробежную или пневматическую форсунки.If the fluid flow is small and the number of perforation holes is large, it may turn out that the size of the holes in the perforated element will be very small and there will be a risk of clogging it with various particles contained in the liquid. In this case, it is advisable to use a centrifugal or pneumatic nozzle.

Используя предварительное распыление (дробление) жидкости путем ее подачи через центробежную или пневматическую форсунки либо через перфорированный элемент и (или) дополнительный ПЭ, каждый из которых установлен в конце соответствующей магистрали подачи жидкости, удается не только существенно сократить путь смешения жидкости и газа, т.е. увеличить эффективность процесса смешения компонентов, но и повысить однородность смеси, т.е. улучшить ее качество. Причем повышение качества смеси и эффективности процесса смешения компонентов до пропускания их через ПЭ за счет предварительного распыления жидкости направленно, прежде всего, на обеспечение равномерного распределения смешивающихся компонентов по внутренней поверхности ПЭ, а уж потом на снижение нагрузки на него при смешении жидкости и газа.Using preliminary spraying (crushing) of a liquid by feeding it through a centrifugal or pneumatic nozzle or through a perforated element and (or) an additional PE, each of which is installed at the end of the corresponding liquid supply line, it is possible not only to significantly reduce the mixing path of liquid and gas, t. e. increase the efficiency of the process of mixing the components, but also increase the uniformity of the mixture, i.e. improve her quality. Moreover, improving the quality of the mixture and the efficiency of the process of mixing the components before passing them through the PE due to preliminary spraying of the liquid is aimed, first of all, to ensure a uniform distribution of the mixed components on the inner surface of the PE, and only then to reduce the load on it when mixing the liquid and gas.

2. Чтобы струи жидкости, расположенные очень близко друг к другу, при истечении из дополнительного ПЭ не слиялись в сплошную пелену, жидкость необходимо подавать под таким давлением, при котором реализуется капельный режим ее истечения. Существование капельного режима истечения, при котором не происходит слияние капель в сплошную плену, доказана в работе [5].2. So that the liquid jets located very close to each other, when flowing from additional PE, do not merge into a continuous veil, the liquid must be supplied under such a pressure at which a drip regime of its outflow is realized. The existence of a droplet outflow regime under which drops do not merge into a continuous captivity was proved in [5].

3. Площадь поверхности ПЭ обычно в сотни раз больше площади поперечного сечения потока двухфазной смеси. Локальное натекание потока на ПЭ приводит к неэффективному использованию его поверхности. Задача состоит в том, чтобы поток равномерно распределить по всей внутренней поверхности ПЭ.3. The surface area of PE is usually hundreds of times larger than the cross-sectional area of the flow of a two-phase mixture. Local leakage of a stream onto PE leads to inefficient use of its surface. The task is to distribute the flow evenly over the entire inner surface of the PE.

Если на поток двухфазной смеси подействовать полем центробежных сил путем вращения потока вдоль боковой поверхности вихревой камеры, а также вдоль внутренней поверхности ПЭ за счет перечисленных выше технических решений, то произойдет сепарация более тяжелых частиц жидкости из потока, которые, локализуясь на поверхности ПЭ, образуют подслой жидкости. Причем в силу большей вязкости жидкости по сравнению с вязкостью газа подслой жидкости будет вращаться с меньшей скоростью, чем слой газа, расположенный над слоем жидкости. Вращательное движение слоев жидкости и газа вдоль внутренней поверхности ПЭ с различными скоростями приводит к возникновению эффекта разглаживания, т.е. эффекта выравнивания подслоя жидкости на всей поверхности ПЭ, т.к. его скорость меньше скорости слоя газа. Выравниванию толщины подслоя жидкости способствует также тот факт, что до проникновения через ПЭ оба слоя совершают многократное вращение вдоль его внутренней поверхности.If we act on the flow of a two-phase mixture by the field of centrifugal forces by rotating the flow along the lateral surface of the vortex chamber, as well as along the inner surface of the PE due to the above technical solutions, then separation of heavier particles of the liquid from the flow, which, being localized on the surface of the PE, form a sublayer liquids. Moreover, due to the higher viscosity of the liquid compared with the viscosity of the gas, the sublayer of the liquid will rotate at a lower speed than the gas layer located above the liquid layer. The rotational movement of the liquid and gas layers along the inner surface of the PE at different speeds leads to the smoothing effect, i.e. the effect of alignment of the liquid sublayer on the entire surface of PE, because its speed is less than the velocity of the gas layer. The equalization of the thickness of the liquid sublayer is also facilitated by the fact that, before penetrating through the PE, both layers perform multiple rotation along its inner surface.

По сути, мы приходим к необходимости использования специального устройства - вихревой камеры, представляющей собой полое тело вращения чашечного типа, боковые стенки которого частично или полностью выполнены из проницаемого для жидкости и газа материала, т.е. образованы ПЭ, с заданными значениями пористости и дисперсности.In fact, we come to the necessity of using a special device - a vortex chamber, which is a cup-shaped hollow body of rotation, the side walls of which are partially or completely made of material that is permeable to liquid and gas, i.e. formed by PE, with given values of porosity and dispersion.

Заметим, что под пористостью ε будем понимать отношение объема, занимаемого порами, к объему тела ПЭ V, т.е. ε =(V-Vч)/V, где Vч - объем, занимаемый частицами. Дисперсность определяется фракционным составом частиц, образующих ПЭ.Note that by porosity ε we mean the ratio of the volume occupied by the pores to the volume of the body PE V, i.e. ε = (VV h ) / V, where V h is the volume occupied by the particles. Dispersion is determined by the fractional composition of the particles forming PE.

Следует подчеркнуть, что днище вихревой камеры нецелесообразно выполнять из проницаемого материала, т.к. под действием центробежных сил жидкость локализуется только на ее боковых стенках. Поэтому, если днище выполнить проницаемым, то через него будет проходить преимущественно газ, что ухудшит однородность смеси.It should be emphasized that the bottom of the vortex chamber is impractical to perform from permeable material, because under the action of centrifugal forces, the fluid is localized only on its side walls. Therefore, if the bottom is permeable, then mainly gas will pass through it, which worsens the uniformity of the mixture.

Так как гравитационные силы оказывают на жидкость существенное влияние из-за ее большой плотности, то для получения одинакового эффекта от действия центробежных сил при вращательном движении потока вдоль внутренней поверхности ПЭ вихревую камеру необходимо установить так, чтобы ее ось симметрии находилась в вертикальном положении.Since gravitational forces have a significant effect on a liquid because of its high density, in order to obtain the same effect from the action of centrifugal forces when the flow rotates along the PE inner surface, the vortex chamber must be installed so that its axis of symmetry is in a vertical position.

4. Оба устройства, которые используются для создания поля центробежных сил, широко применяются в технике.4. Both devices, which are used to create a centrifugal force field, are widely used in technology.

Первое устройство - входной аксиально-лопаточный завихритель, установленный перед вихревой камерой, представляет собой осевой направляющий аппарат турбинного типа с центральным телом, улучшающим аэродинамику завихрителя и повышающим жесткость лопаток. Лопатки изготавливают либо плоскими, либо профилированными для обеспечения их безотрывного обтекания [8] (Щукин В.К., Халатов А.А. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах. - М.: Машиностроение, 1982. 200 с.).The first device, the input axial-blade swirl, mounted in front of the vortex chamber, is a turbine-type axial guiding apparatus with a central body that improves the aerodynamics of the swirl and increases the stiffness of the blades. The blades are made either flat or profiled to ensure their continuous flow [8] (Shchukin V.K., Halatov A.A. Heat transfer, mass transfer and hydrodynamics of swirling flows in axisymmetric channels. - M.: Mashinostroenie, 1982. 200 p.) .

Геометрический угол закрутки в выходном сечении завихрителя может отличаться от угла закрутки потока. Разница между ними тем меньше, чем больше густота решетки и меньше угол закрутки.The geometric swirl angle in the outlet section of the swirler may differ from the swirl angle of the flow. The difference between them is the smaller, the greater the density of the lattice and the smaller the twist angle.

Закон изменения угла закрутки потока по радиусу можно задать уравнениемThe law of variation of the swirl angle of the flow along the radius can be set by the equation

Figure 00000004
Figure 00000004

где u - окружная (вращательная) составляющая скорости потока при выходе из завихрителя на радиусе r.where u is the circumferential (rotational) component of the flow velocity when exiting the swirler at a radius r.

При n=1 реализуется закрутка по закону постоянства циркуляции, при n=0 - постоянство угла закрутки по радиусу, а при n=-1 - закрутка по закону твердого тела.For n = 1, twist is realized according to the law of constancy of circulation, for n = 0 - constancy of the angle of twist along the radius, and for n = -1 - twist according to the law of a rigid body.

Чтобы реализовать закон (1) при профилировании входного аксиально-лопаточного завихрителя необходимо задать соответствующую зависимость геометрического угла закрутки лопаток по радиусу.In order to implement law (1) when profiling the input axial-blade swirl, it is necessary to set the corresponding dependence of the geometric angle of twist of the blades along the radius.

Наиболее простая зависимость этого угла имеет видThe simplest dependence of this angle has the form

Figure 00000005
Figure 00000005

где R - наружный радиус поперечного сечения завихрителя;where R is the outer radius of the cross section of the swirl;

φ H - геометрический угол закрутки лопаток на наружном радиусе.φ H is the geometric angle of twist of the blades on the outer radius.

Аксиально-лопаточный завихритель создает наиболее широкие возможности формирования различных скоростных полей на входе в вихревую камеру, отличающихся степенью закрутки потока и характером изменения вращательной скорости по радиусу.The axial-blade swirl creates the widest possibilities for the formation of various velocity fields at the entrance to the vortex chamber, which differ in the degree of swirling of the flow and the nature of the change in rotational speed along the radius.

Второе устройство - одно-, двух- или многоканальный тангенциальный подвод потока к внутренней поверхности ПЭ отличается простотой и компактностью.The second device - one-, two- or multichannel tangential flow inlet to the inner surface of PE is simple and compact.

Каналы подвода потока могут иметь круглую или прямоугольную форму поперечного сечения, а их число обычно не превышает четырех.The flow channels can have a circular or rectangular cross-sectional shape, and their number usually does not exceed four.

Интенсивность закрутки потока в тангенциальном завихрителе зависит от отношения площади поперечного сечения канала Fвх для подвода потока и площади поперечного сечения вихревой камеры

Figure 00000006
.The intensity of the flow swirl in the tangential swirl depends on the ratio of the cross-sectional area of the channel F in to supply the flow and the cross-sectional area of the vortex chamber
Figure 00000006
.

При

Figure 00000007
угол закрутки сохраняется практически равным 90° .At
Figure 00000007
the twist angle remains almost equal to 90 °.

5. ПЭ, образующий боковые стенки вихревой камеры, можно выполнить в виде проницаемой цилиндрической трубы, образованной усеченными прямыми круговыми цилиндрами. Такая форма ПЭ экономически более выгодна при его изготовлении в производстве. Однако более целесообразно выполнить его в виде проницаемой конической трубы, образованной усеченными прямыми круговыми конусами с вершинами, направленными вниз, из следующих соображений. В соответствии с принятой схемой поток двухфазной смеси подают со стороны открытого торца, который движется сверху вниз по винтовой линии. Часть этого потока расходуется за счет его проникновения через ПЭ. Следовательно, для сохранения удельного расхода потока смеси через ПЭ его потребная поверхность должна уменьшаться сверху вниз. Такое изменение расхода потока через ПЭ при его вращательном движении вдоль внутренней поверхности ПЭ в первом приближении позволяет учесть коническая форма ПЭ. Интенсивность расходования потока через ПЭ легко учесть наклоном образующей конуса.5. PE, forming the side walls of the vortex chamber, can be made in the form of a permeable cylindrical pipe formed by truncated straight circular cylinders. This form of PE is economically more profitable in its manufacture in production. However, it is more expedient to perform it in the form of a permeable conical pipe formed by truncated straight circular cones with vertices pointing downward for the following reasons. In accordance with the adopted scheme, the flow of the two-phase mixture is supplied from the side of the open end, which moves from top to bottom along the helix. Part of this flow is consumed due to its penetration through PE. Therefore, in order to maintain the specific flow rate of the mixture through PE, its required surface must decrease from top to bottom. Such a change in the flow rate through the PE during its rotational movement along the inner surface of the PE to a first approximation allows us to take into account the conical shape of the PE. The rate of flow through PE is easily taken into account by the slope of the generatrix of the cone.

6. Применение выходного аксиально-лопаточного завихрителя и (или) осесимметричного профилированного сужающегося сопла позволяет уменьшить потери полного давления при ускорении потока по сравнению с прототипом. В сужающемся сопле происходит только ускорение потока, а в выходном аксиально-лопаточном завихрителе, кроме ускорения потока, происходит и закрутка потока, что расширяет возможность формирования скоростных полей с заданными законами изменения угла закрутки потока по радиусу на выходе из этого завихрителя. Когда используются оба устройства, то ускорение потока осуществляются в два этапа: первичное ускорение производится в выходном завихрителе, а дополнительное ускорение закрученного потока - в сопле. Необходимость в ускорении потока с закруткой возникает, например, при проектировании горелочных устройств КС различных энергоустановок, работающих на жидком топливе. Закрутка потока обеспечивает стабилизацию горения смеси топлива и воздуха.6. The use of the output axial-blade swirl and (or) axisymmetric profiled tapering nozzle can reduce the loss of total pressure during flow acceleration compared to the prototype. In the tapering nozzle, only the flow acceleration occurs, and in the output axial-blade swirl, in addition to the flow acceleration, the flow swirls, which expands the possibility of forming velocity fields with the given laws of changing the swirl angle of the flow along the radius at the outlet of this swirl. When both devices are used, the flow is accelerated in two stages: the primary acceleration is performed in the output swirl, and the additional acceleration of the swirl flow is performed in the nozzle. The need to accelerate the flow with swirling occurs, for example, in the design of burner devices KS various power plants running on liquid fuel. The swirling flow ensures stabilization of the combustion of the mixture of fuel and air.

7. Важным параметром процесса смешения жидкости и газа является перепад давления Δ Рсм, характеризующий затраты подводимой энергии на реализацию процесса. Этот перепад зависит от абсолютной скорости потока смеси Wсм, т.е.7. An important parameter in the process of mixing liquid and gas is the pressure drop Δ P cm , which characterizes the cost of the input energy for the implementation of the process. This difference depends on the absolute mixture flow rate W cm , i.e.

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
Where
Figure 00000009

Wсм, Wж и WГ - абсолютные скорости потоков смеси, жидкости и газа соответственно;W cm, W w and W T - absolute flow rates mixture of liquid and gas respectively;

ρ см, ρ ж и ρ Г - плотности потока смеси, жидкости и газа соответственно;ρ cm , ρ W and ρ G are the flow densities of the mixture, liquid and gas, respectively;

Figure 00000010
- отношение расходов газа и жидкости соответственно;
Figure 00000010
- the ratio of gas and liquid consumption, respectively;

ζ - коэффициент потерь давления.ζ is the pressure loss coefficient.

Абсолютная приведенная скорость газаAbsolute reduced gas velocity

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
- температура торможения газа;Where
Figure 00000012
- gas braking temperature;

kГ и RГ - показатель адиабаты и газовая постоянная газа,k G and R G - the adiabatic exponent and gas constant of the gas,

которая используется для удобства оценки значения абсолютной скорости потока смеси Wсм, с одной стороны, должна быть достаточной для турбулентного обмена между жидкостью и газом, т.е. она не должна быть существенно ниже 0,25. С другой стороны, эта скорость потока не должна быть большой, так как существенное превышение ею значения 0,3 приводит к тому, что, в соответствии с квадратичной зависимостью (3) резко растут потери полного давления. Поэтому она должна находиться в диапазоне 0,25≤ λ Г≤ 0,3.which is used for the convenience of estimating the value of the absolute mixture flow rate W cm , on the one hand, should be sufficient for turbulent exchange between a liquid and a gas, i.e. it should not be significantly lower than 0.25. On the other hand, this flow rate should not be large, since its significant excess of 0.3 leads to the fact that, in accordance with the quadratic dependence (3), the total pressure loss increases sharply. Therefore, it should be in the range of 0.25 ≤ λ G ≤ 0.3.

Поддерживать значения λ Г в заданном диапазоне наиболее просто за счет регулирования расхода газа.Maintaining the values of λ G in a given range is most simple due to the regulation of gas flow.

Схемы устройств, в которых реализуется предложенный способ двухступенчатого смешения жидкости и газа с повышенной однородностью смеси, приведены на фиг.1 и 2.Schemes of devices that implement the proposed method of two-stage mixing of liquid and gas with increased homogeneity of the mixture are shown in figures 1 and 2.

Первое устройство (фиг.1) содержит корпус 1 вихревой камеры, входной аксиально-лопаточный завихритель 2, установленный в корпусе 1, центробежную или пневматическую форсунки 3, установленные в конце магистрали подачи жидкости 10 в центре входного завихрителя 2, ПЭ 4, частично образующий боковые стенки вихревой камеры, выходной аксиально-лопаточный завихритель 5 с центральным телом 6 и осесимметричное профилированное сужающееся сопло 7. Устройство установлено так, что его ось симметрии 11, совпадающая с осью симметрии вихревой камеры, занимает вертикальное положение. На фиг.1б и фиг.1в показаны развертки кольцевых секущих поверхностей на средних радиусах входного и выходного аксиально-лопаточных завихрителей соответственно.The first device (Fig. 1) contains a vortex chamber body 1, an inlet axial-blade swirl 2 installed in the housing 1, a centrifugal or pneumatic nozzle 3 installed at the end of the fluid supply line 10 in the center of the inlet swirl 2, PE 4, partially forming side the walls of the vortex chamber, the output axial-blade swirl 5 with the central body 6 and the axisymmetric shaped narrowing nozzle 7. The device is installed so that its axis of symmetry 11, coinciding with the axis of symmetry of the vortex chamber, occupies upright position. On figb and figv shows a scan of the annular secant surfaces on the average radii of the input and output axial-blade swirls, respectively.

Второе устройство (фиг, 2) содержит корпус 1 вихревой камеры, ПЭ 4, частично образующий боковые стенки вихревой камеры, перфорированный элемент 13 и дополнительный ПЭ 14, установленные в конце соответствующих магистралей подачи жидкости 10, центральное тело 6 и осесимметричное профилированное сужающееся сопло 7, тангенциальный канал 5 для подачи газа 8, канал 15 и кольцевой канал 12 для подачи жидкости 10. Устройство установлено так, что его ось симметрии 11, совпадающая с осью симметрии вихревой камеры, занимает вертикальное положение.The second device (FIG. 2) comprises a vortex chamber body 1, PE 4 partially forming the side walls of the vortex chamber, a perforated element 13 and an additional PE 14 installed at the end of the respective fluid supply lines 10, a central body 6 and an axisymmetric shaped narrowing nozzle 7, a tangential channel 5 for supplying gas 8, a channel 15 and an annular channel 12 for supplying liquid 10. The device is installed so that its axis of symmetry 11, coinciding with the axis of symmetry of the vortex chamber, occupies a vertical position.

Реализация предложенного способа в устройствах (фиг.1 и 2) осуществляется следующим образом.Implementation of the proposed method in the devices (figures 1 and 2) is as follows.

Газ 8 подается в вихревую камеру через входной аксиально-лопаточный завихритель 2 (фиг.1) или по тангенциальным каналам 5 (фиг.2), которые обеспечивают вращательное движение потока вдоль внутренней поверхности ПЭ 4 и создают за счет этого поле центробежных сил.Gas 8 is supplied to the vortex chamber through the inlet axial-blade swirler 2 (Fig. 1) or through tangential channels 5 (Fig. 2), which provide rotational movement of the flow along the inner surface of PE 4 and thereby create a field of centrifugal forces.

Жидкость 10 предварительно распыляют путем ее подачи через центробежную или пневматическую форсунку 3 (фиг.1), либо через перфорированный элемент 13 и (или) дополнительный ПЭ 14 (фиг.2), установленные на концах соответствующих магистралей подачи жидкости, а затем смешивают со сносящим потоком газа 8.The liquid 10 is pre-sprayed by feeding it through a centrifugal or pneumatic nozzle 3 (Fig. 1), or through a perforated element 13 and (or) an additional PE 14 (Fig. 2) mounted on the ends of the respective fluid supply lines, and then mixed with a demolition gas stream 8.

Под действием поля центробежных сил, возникающего при вращательном движении потока образовавшейся двухфазной смеси вдоль внутренней поверхности боковых стенок вихревой камеры, более тяжелые частицы жидкости сепарируются из потока и локализуются на внутренней поверхности ПЭ 4, образуя жидкий подслой. Верхний слой занимает газ. Этот подслой жидкости продолжает движение вдоль внутренней поверхности ПЭ 4 под действием кинетической энергии. Однако из-за большей вязкости жидкости она движется с меньшей скоростью по сравнению со скоростью движения слоя газа. Так как скорость движения газа больше скорости движения жидкости, то слой газа оказывает на подслой жидкости разглаживающее действие, выравнивая его по толщине вдоль всей внутренней поверхности ПЭ 4.Under the action of the field of centrifugal forces arising from the rotational movement of the flow of the resulting two-phase mixture along the inner surface of the side walls of the vortex chamber, heavier fluid particles are separated from the flow and localized on the inner surface of PE 4, forming a liquid sublayer. The top layer is gas. This sublayer of liquid continues to move along the inner surface of PE 4 under the influence of kinetic energy. However, due to the higher viscosity of the liquid, it moves at a lower speed compared to the velocity of the gas layer. Since the gas velocity is greater than the liquid velocity, the gas layer exerts a smoothing effect on the liquid sublayer, leveling it in thickness along the entire inner surface of PE 4.

При движении жидкости и газа в порах ПЭ 4 происходит их основное смешение за счет разветвленной структуры микроканалов ПЭ 4, с одной стороны, а также за счет турбулентных пульсаций газодинамических параметров (скорости, температуры, давления и концентраций компонентов), с другой стороны.During the movement of liquid and gas in the pores of PE 4, their main mixing occurs due to the branched structure of microchannels of PE 4, on the one hand, and also due to turbulent pulsations of gas-dynamic parameters (speed, temperature, pressure, and component concentrations), on the other hand.

Обеспечить постоянство удельных расходов компонентов смеси по поверхности ПЭ 4 можно за счет наклона образующей конуса, а идентичность ее распределения по высоте ПЭ 4 обеспечиваются вертикальным положением оси симметрии 11 вихревой камеры.To ensure the constancy of the specific consumption of the mixture components on the surface of PE 4 is possible due to the inclination of the generatrix of the cone, and the identity of its distribution along the height of PE 4 is ensured by the vertical position of the axis of symmetry 11 of the vortex chamber.

Поток образовавшейся однородной смеси жидкости 10 и газа 9 закручивается и частично ускоряется при прохождении через выходной аксиально-лопаточный завихритель 5 (фиг.1). Дополнительное ускорение поток смеси 9 получает в сужающемся профилированном сопле 7 (фиг.1). Либо поток смеси 9 только ускоряется в сужающемся профилированном сопле 7 (фиг.2).The flow of the resulting homogeneous mixture of liquid 10 and gas 9 is twisted and partially accelerated when passing through the output axial-blade swirler 5 (figure 1). Additional acceleration, the flow of the mixture 9 receives in a tapering shaped nozzle 7 (Fig.1). Or the flow of the mixture 9 is only accelerated in the tapering shaped nozzle 7 (figure 2).

В частности, если в качестве жидкости использовать жидкое топливо, а в качестве газа - воздух, то первое устройство (фиг.1) можно рассматривать как горелочное устройство, на базе которого можно создавать малоэмиссионные КС стационарных ГТУ и других энергоустановок. Сжигание смеси жидкого топлива и воздуха, предварительно подготовленной в устройстве (фиг.1), как показывают экспериментально полученные экологические характеристики, равносильно сжиганию газообразного топлива. Причем малоэмиссионные КС ГТУ и других энергоустановок могут быть спроектированы по модульному принципу, используя предложенное устройство (фиг.1), что существенно сокращает сроки их создания и доводки. Кроме того, такие КС приобретают важное свойство универсальности, позволяющее им работать как на жидком, так и на газообразном топливе без изменения конструкции самого горелочного устройства. Для этого достаточно заменить только форсунку подачи жидкого топлива на форсунку подачи газообразного топлива или наоборот.In particular, if liquid fuel is used as a liquid, and air is used as a gas, then the first device (Fig. 1) can be considered as a burner device, on the basis of which it is possible to create low-emission CS of stationary gas turbines and other power plants. Burning a mixture of liquid fuel and air previously prepared in the device (Fig. 1), as shown by experimentally obtained environmental characteristics, is equivalent to burning gaseous fuel. Moreover, low-emission CS of gas turbines and other power plants can be designed on a modular basis using the proposed device (figure 1), which significantly reduces the time of their creation and refinement. In addition, such CSs acquire an important property of versatility, which allows them to operate on both liquid and gaseous fuels without changing the design of the burner device itself. To do this, it is enough to replace only the liquid fuel nozzle with the gaseous fuel nozzle or vice versa.

Можно отметить следующие преимущества данного горелочного устройства, справедливые при изменении режимов работы энергоустановки, по сравнению с известными горелочными устройствами, построенными без применения ПЭ:It is possible to note the following advantages of this burner device, which are valid when changing operating modes of a power plant, in comparison with the known burner devices built without using PE:

- высокую однородность смеси, т.е. высокое качество смеси;- high uniformity of the mixture, i.e. high quality mix;

- отсутствие проскока фронта пламени;- lack of slip of the flame front;

- отсутствие пульсаций давления;- lack of pressure pulsations;

- отсутствие вибрационного горения смеси.- lack of vibrational combustion of the mixture.

Эти преимущества достигаются благодаря применению ПЭ с заданными значениями пористости и дисперсности и других технических решений, указанных выше.These advantages are achieved through the use of PE with specified values of porosity and dispersion and other technical solutions mentioned above.

Claims (3)

1. Способ двухступенчатого смешения жидкости и газа с повышенной однородностью смеси, в соответствии с которым жидкость и газ смешивают, поток образовавшейся двухфазной смеси пропускают через проницаемый элемент с заданным значением пористости и ускоряют в сопле, отличающийся тем, что до смешения с газом жидкость распыляют путем ее подачи либо через центробежную или пневматическую форсунку, либо через перфорированный элемент и(или) дополнительный проницаемый элемент с заданными значениями пористости и дисперсности, установленные в конце соответствующих магистралей подачи жидкости, причем жидкость подают под давлением, при котором реализуется капельный режим ее истечения из дополнительного проницаемого элемента, на поток двухфазной смеси воздействуют полем центробежных сил при помощи вихревой камеры, установленной так, что ее ось симметрии занимает вертикальное положение, камера выполнена в виде полого тела вращения, нижний торец которого закрыт, боковые стенки камеры частично или полностью образованы проницаемым элементом с заданными значениями пористости и дисперсности, затем этот поток пропускают через проницаемый элемент и ускоряют в сопле, абсолютную приведенную скорость потока двухфазной смеси на входе в вихревую камеру поддерживают в диапазоне 0,25-0,3 за счет регулирования расхода газа, поле создают путем вращения потока двухфазной смеси вдоль боковой поверхности вихревой камеры с помощью входного аксиально-лопаточного завихрителя либо за счет одно-, двух- или многоканального тангенциального подвода потока к этой поверхности.1. The method of two-stage mixing of liquid and gas with increased homogeneity of the mixture, according to which the liquid and gas are mixed, the flow of the resulting two-phase mixture is passed through a permeable element with a given value of porosity and accelerated in the nozzle, characterized in that before mixing with gas, the liquid is sprayed by its supply either through a centrifugal or pneumatic nozzle, or through a perforated element and (or) an additional permeable element with specified values of porosity and dispersion, set in the corresponding supply lines of the liquid, the liquid being supplied under pressure at which the drip mode of its outflow from the additional permeable element is realized, the flow of the two-phase mixture is affected by the centrifugal force field using a vortex chamber installed so that its axis of symmetry occupies a vertical position, the chamber is made in the form of a hollow body of revolution, the lower end of which is closed, the side walls of the chamber are partially or completely formed by a permeable element with specified values of porosity and dis Persons, then this flow is passed through a permeable element and accelerated in the nozzle, the absolute reduced flow rate of the two-phase mixture at the inlet of the vortex chamber is maintained in the range 0.25-0.3 by controlling the gas flow, the field is created by rotating the two-phase mixture along the side the surface of the vortex chamber using the input axial-blade swirl or due to single, double or multi-channel tangential flow inlet to this surface. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве проницаемого элемента используют проницаемую цилиндрическую трубу, образованную усеченными прямыми круговыми цилиндрами, или проницаемую коническую трубу, образованную усеченными прямыми круговыми конусами с вершинами, направленными вниз.2. The method according to claim 1, characterized in that as a permeable element using a permeable cylindrical pipe formed by truncated straight circular cylinders, or a permeable conical pipe formed by truncated straight circular cones with vertices pointing downward. 3. Способ по п.1 или по 2, отличающийся тем, что в качестве сопла используют выходной аксиально-лопаточный завихритель и(или) осесимметричное профилированное сужающееся сопло.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the output axial-blade swirl and (or) axisymmetric shaped narrowing nozzle are used as the nozzle.
RU2004108175/15A 2004-03-22 2004-03-22 Method of two-stage mixing of a liquid and a gas with heightened homogeneity RU2252065C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004108175/15A RU2252065C1 (en) 2004-03-22 2004-03-22 Method of two-stage mixing of a liquid and a gas with heightened homogeneity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004108175/15A RU2252065C1 (en) 2004-03-22 2004-03-22 Method of two-stage mixing of a liquid and a gas with heightened homogeneity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2252065C1 true RU2252065C1 (en) 2005-05-20

Family

ID=35820489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004108175/15A RU2252065C1 (en) 2004-03-22 2004-03-22 Method of two-stage mixing of a liquid and a gas with heightened homogeneity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2252065C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451878C1 (en) * 2011-02-07 2012-05-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method for preliminary preparation and combustion of "lean" air-fuel mixture in low-emission burner
CN104841297A (en) * 2015-04-17 2015-08-19 汪勇 Mixed jet generation method and drainage structure thereof
RU2564746C2 (en) * 2014-02-12 2015-10-10 Публичное акционерное общество "Газпром" Method to burn pre-treated lean fuel-air mix in double-circuit low-emission burner with adjustment of pilot fuel flow
RU2564474C2 (en) * 2014-02-12 2015-10-10 Публичное акционерное общество "Газпром" Lean-premixed air-and-fuel mixture combustion in double loop low emission burner with increased stability of pilot fuel combustion
RU2622414C1 (en) * 2016-09-06 2017-06-15 Владимир Иванович Савичев Liquid and gas mixing device
CN109885942A (en) * 2019-02-25 2019-06-14 北京易盛泰和科技有限公司 A kind of top-open type climatic chamber and its gas homogeneity emulation verification method
RU2719999C1 (en) * 2016-12-15 2020-04-23 Форд Отомотив Санайи А.Ш. Multi-stage mixer
RU2761713C1 (en) * 2021-01-13 2021-12-13 Иван Иванович Кутыш Method for burning a preliminarily prepared "lean" fuel-air mixture of liquid and (or) gaseous fuel and air in a three-circuit low-emission burner (variants)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451878C1 (en) * 2011-02-07 2012-05-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method for preliminary preparation and combustion of "lean" air-fuel mixture in low-emission burner
RU2564746C2 (en) * 2014-02-12 2015-10-10 Публичное акционерное общество "Газпром" Method to burn pre-treated lean fuel-air mix in double-circuit low-emission burner with adjustment of pilot fuel flow
RU2564474C2 (en) * 2014-02-12 2015-10-10 Публичное акционерное общество "Газпром" Lean-premixed air-and-fuel mixture combustion in double loop low emission burner with increased stability of pilot fuel combustion
CN104841297A (en) * 2015-04-17 2015-08-19 汪勇 Mixed jet generation method and drainage structure thereof
CN104841297B (en) * 2015-04-17 2018-01-16 汪勇 A kind of method and its flow guiding structure for producing mixing jet
RU2622414C1 (en) * 2016-09-06 2017-06-15 Владимир Иванович Савичев Liquid and gas mixing device
RU2719999C1 (en) * 2016-12-15 2020-04-23 Форд Отомотив Санайи А.Ш. Multi-stage mixer
CN109885942A (en) * 2019-02-25 2019-06-14 北京易盛泰和科技有限公司 A kind of top-open type climatic chamber and its gas homogeneity emulation verification method
CN109885942B (en) * 2019-02-25 2023-09-01 北京易盛泰和科技有限公司 Open-top type climate chamber and gas uniformity simulation verification method thereof
RU2761713C1 (en) * 2021-01-13 2021-12-13 Иван Иванович Кутыш Method for burning a preliminarily prepared "lean" fuel-air mixture of liquid and (or) gaseous fuel and air in a three-circuit low-emission burner (variants)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5639024A (en) Method and device for the simultaneous dispersion and atomisation of at least two liquids
US4415275A (en) Swirl mixing device
US5934555A (en) Pressure atomizer nozzle
CA1180734A (en) Atomizer
CN1153922C (en) Combined pressure atomizing nozzle
US8857740B2 (en) Two-component nozzle with secondary air nozzles arranged in circular form
JP6879571B6 (en) Nozzles and methods for mixing fluid flows
US20120168538A1 (en) Spin Annular Slit Spray Nozzle and Spray Apparatus Thereof
RU2011117643A (en) TWO-COMPONENT NOZZLE, NOZZLE BLOCK AND METHOD FOR SPRAYING FLUIDS
RU2252065C1 (en) Method of two-stage mixing of a liquid and a gas with heightened homogeneity
EP0057720A4 (en) Variable gas atomization.
CN111185315B (en) Swirl injection mode reductant nozzle
US6415993B1 (en) Device for the mixing and subsequent atomizing of liquids
RU2451878C1 (en) Method for preliminary preparation and combustion of &#34;lean&#34; air-fuel mixture in low-emission burner
JP2002506723A (en) Method and nozzle device for changing swirl motion of fluid in swirl chamber of nozzle
US4480925A (en) Method of mixing fluids
US20140138860A1 (en) Fluid diffusing nozzle design
RU2144439C1 (en) Centrifugal spray injector
WO2000058014A1 (en) Liquid sprayer using atomising gas mixed with the liquid in a swirl chamber
US10677458B2 (en) Combustor assembly for low-emissions and alternate liquid fuels
EP3524359A1 (en) Spraying apparatus
US3758033A (en) Pressure wave atomizing method
RU2383820C1 (en) Wide-flame centrodugal nozzle
RU2357790C1 (en) Mixer for fluids
KR20190078290A (en) Mixer for a combustor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060323

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20080827

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20100713