автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Гидродинамика и теплообмен струй и факелов, сформированных многоканальными аксиальными завихрителями

На правах

(

КОНОВАЛОВ Михаил Юрьевич

ГИДРОдаНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН СТРУЙ И ФАКЕЛОВ, СФОРМИРОВАННЫХ МНОГОКАНАЛЬНЫМИ АКСИАЛЬНЫМИ ЗАВИХРИТЕЛЯМИ

Специальности: 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

<Н

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» на кафедре «Теоретическая теплотехника».

профессор Жилкин Б.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Баскаков А.П.; кандидат технических наук, доцент Платонов Н.И.

Ведущая организация- ОАО «Магнитогорский металлургический

Защита диссертации состоится 21 апреля 2006 г. в 14-30 на заседании диссертационного совета Д 212.285.07 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» по адресу: г. Екатеринбург, ул. С.Ковалевской, 5 (8-й учебный корпус УГТУ-УПИ), ауд. Т-703.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 620002, г Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, ученому секретарю совета университета.

Тел.: (343) 375-45-74, факс: (343) 374-38-84, (343) 374-52-14.

e-mail: gss@ume.ru

Автореферат разослан « f 7 » марта 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

комбинат», Центр энергосберегающих технологий (г. Магнитогорск)

доктор технических наук, доцент

Актуальность темы

Любое тарелочное устройство должно быть спроектировано для конкретного процесса с учетом требований технологии. Однако до настоящего времени не была создана оптимальная конструкция горелки для сводового отопления зажигательных горнов агломерационных машин.

Основные технологические требования к таким горелкам следующие:

- равномерное распределение температур и скоростей в потоке перед входом в

слой, находящийся на расстоянии 300-500 мм от среза горелки;

- достаточное содержание кислорода в продуктах сгорания.

Проведенный анализ показал, что наиболее полно этим требованиям может ^ отвечать факел, образованный горелками с многоканальными аксиальными завихрителями. Данные о сложных закрученных потоках, сформированных такими завихрителями, особенно с закруткой в разные стороны, весьма ограничены. Вместе с тем, для качественного проектирования горелочных устройств и эффективного регулирования процессов в них необходимы сведения о детальном строении и локальном теплообмене закрученных газовых струй, создающих факел.

Цель работы - расширение представлений о структурно- гидродинамических факторах тепломассообмена закрученных струй, сформированных двух- и трехканальными аксиальными завихрителями с закруткой потоков в одну и разные стороны, анализ локальной интенсивности теплопереноса и разработка на этой основе горелочного устройства для зажигательных горнов агломерационных машин.

Диссертационная работа проведена в рамках выполнения г/б темы №1686 (гос. per. №01200205928) «Создание теоретических основ теплотехнических процессов использования энергии топлива и других видов энергоресурсов с целью создания эффективных методов энергосбережения и экологически чистых энерготехнологий».

Научная новизна основных положений работы заключается в том, что автором впервые:

1. Путем анализа полей полного давления и температуры выявлена структура струи, сформированной трехканальным аксиальным завихрителем при закрутке потоков в одну и разные стороны.

2. Предложен метод акустической

3

турбулентных структур, образующихся в струях.

3. Установлены закономерности изменения размеров турбулентных структур в газовой струе от геометрических и режимных параметров завихрителей и на этой основе сделано заключение об их роли в процессе тепломассообмена в факеле.

4. Разработаны методы оценки локальной интенсивности теплообмена при смешении внутри факела и между ним и окружающей средой.

5. Проведена комплексная апробация данных методов для ряда промышленных горелочных устройств.

Достоверность результатов основывается на достаточном уровне надежности экспериментальных данных, полученных сочетанием различных независимых методик исследований, стабильной воспроизводимости результатов измерений, хорошем < согласовании полученных сведений с опубликованными данными других авторов, а также подтверждается положительными итогами опытно-промышленных испытаний горелочных устройств, разработанных на основе полученной информации.

Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные расширяют представление о физическом содержании процессов в закрученных струях, сформированных двух- и трехканальными аксиальными завихрителями, позволяют оптимизировать параметры процессов с участием таких струй, что дает возможность повысить качество проектирования и эффективность управления сжиганием топлива в горелочных устройствах.

Автор защищает:

1. Представления о гидродинамической структуре и термическом строении свободных закрученных струй, сформированных трехканальными аксиальными завихрителями с разными углами установки лопаток и различным направлением закрутки.

2. Результаты экспериментального исследования характеристик аэродинамического шума, генерируемого структурами, образующимися в закрученных струях, и сведения о линейных размерах и энергетических характеристиках этих структур, полученные на основе анализа спектров аэродинамического шума.

3. Разработанные методы оценки локальной интенсивности теплообмена и результаты их применения.

4. Практические рекомендации по разработке горелочных устройств, воплощенные в конструкции опытно- промышленной горелки с трехрядным аксиальным завихрителем для горнов агломерационных машин.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены металлургическим комбинатом «Северсталь» (г. Череповец) в конструкции опытно-промышленных горелочных устройств ГУП-2,8/1,5Н (горелочное устройство плоскопламенное для зажигательных горнов агломашин с шириной конвейерной ленты 2,8 м, предназначенное для работы на низкокалорийном газовом топливе).

Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и были представлены на 1П Российской национальной конференции по теплообмену (Россия, Москва, 2002); Международной конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии» (Украина, Днепропетровск, 2002); Международной научно-технической конференции «80 лет Уральской энергетике. Образование. Наука» (Россия, Екатеринбург, 2003); IV Международной научно-технической конференции, посвященной 120-летию И.П. Бардина «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Россия, Череповец, 2003);

V Minsk International Heat & Mass Transfer Forum MMF-2004 (Belarus, Minsk, 2004);

V Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях NPNJ-2004 (Россия, Самара, 2004); Второй Российской конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (Россия, Москва, 2005); International conference «Power industry and market economy» (Mongolia, Ulaanbaatar, 2005), а также на технических совещаниях «Уралмаш-МО» и ОАО «Северсталь».

Работа группы специалистов, в которой автором выполнен раздел по горелочным устройствам, удостоена на Всероссийской выставке научно-технического творчества студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии» диплома за I место в номинации «Энергосбережение в энергетике» (Екатеринбург, 2004).

Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 72 наименования, и приложения. Она содержит 130 страниц, 83 рисунка и 10 таблиц по тексту.

5

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы выбор направления исследований и его цели, определен круг основных задач исследований, показаны актуальность, научная и практическая значимость решаемых проблем, приведены главные положения, выносимые на защиту.

В первой главе содержится аналитический обзор литературных источников, посвященных гидродинамике и теплообмену в газовых струях, сформированных завихрителями различной конструкции. Рассматриваются известные картины течения в таких струях, обсуждаются закономерности изменения газодинамических и теплообменных характеристик потока в зависимости от геометрических и режимных параметров завихрителей. Обсуждаются результаты исследований по взаимосвязи аэродинамических, акустических и тепломассообменных свойств закрученных струй. Приведен анализ работ, посвященных проблеме управления структурой и теплообменом в факелах горелочных устройств.

Исходя из проведенного анализа литературных данных и учитывая цель работы, сформулированы следующие основные задачи исследования:

1. Изучить гидродинамическое строение закрученных газовых струй, образованных двух- и трехканальными завихрителями, оценить влияние геометрических и режимных характеристик завихрителей на структуру этих струй.

2. На основе анализа спектров аэродинамического шума провести оценку размеров и энергетических характеристик турбулентных структур, образующихся в струях, при различных геометрических и режимных параметрах завихрителей.

3. Разработать методы оценки локальной интенсивности теплообмена при смешении в потоке и применить их для изучения теплопереноса в струях и факелах.

4. На основании полученных результатов сформулировать практические рекомендации для проектирования горелочных устройств и создать перспективный образец горелки.

5. Произвести сравнительные натурные испытания приоритетного ряда опытно-промышленных горелочных устройств.

Во второй главе приводится описание методик и эксперимешальных установок.

Принципиальная схема экспериментальной установки для изучения гидродинамических и акустических характеристик закрученных струй представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - лабораторный автотрансформатор; 2 - электродвигатель; 3 - вентилятор; 4 - ротаметр;

5 - электрический воздухоподогреватель; 6 - внутренний канал; 7 внешний канал;

8 - завихритель; 9 - пневмометрический датчик; 10 - координагное устройство;

11 - микроманометр; 12 - термопара, 13 - термостат, 14 - электронный милливольтметр

Центральной частью экспериментальной установки являлся струеобразующий аппарат, состоящий из сменных коаксиальных завихрителей 8 и примыкающих к ним внутреннего 5 и внешнего 6 каналов в виде прямолинейных труб, играющих роль участков стабилизации течения. Измерение газодинамических характеристик потока осуществлялось пневмометрическим датчиком 9 с диаметром носика 1,3 мм.

Определение характеристик аэродинамического шума, создаваемого струями, производились шумомером Вгие1&К]аег Туре 2230. При этом рабочие каналы завихрителей вышеописанной установки размещались в звукоизолирующей цилиндрической камере с высотой 800 мм и внутренним диаметром 500 мм, через стенку которой вводился микрофон шумомера, располагавшийся перпендикулярно оси камеры.

Для выявления термического строения закрученной струи использовался известный метод термовизуализирующей сетки. Он состоит в том, что в поток воздуха помещается сетка из тонких, не искажающих его нитей с определенными физическими свойствами материала и размерами ячейки. Тепловое излучение от нитей, интенсивность которого соответствует температуре потока, с помощью тепловизионной камеры оцифровывается и преобразуется в визуальный образ на мониторе в виде цветового поля в соответствии со шкалой «температура-цвет».

Для оценки локальной интенсивности теплового взаимодействия были разработаны метод приведенных градиентов и метод градиентного моделирования термического строения.

Метод приведенных градиентов является графоаналитическим и заключается в следующем. По результатам замеров температуры строится поле изотерм. На нем выделяются характерные точки (узлы). Из них проводятся прямолинейные координатные линии по контрольным, характерным направлениям, в зависимости от конкретной конфигурации термического поля.

Расчет градиента СТ производится по следующей формуле:

ОТ= *' *'-> (1)

г -г

|тм\ Чр

где - разность температур между соседними изотермами; V, — , - расстояние

между соседними изотермами; /„ыч - максимальная температура в потоке или в факеле, /,.р - температура окружающей среды.

Метод градиентного моделирования термического строения основан на предположении о том, что области наиболее активного теплового взаимодействия в потоке характеризуются наибольшим изменением градиента температуры. Реализация предлагаемого метода предполагает следующие этапы:

- термометрирование сечений потока по сетке координат:

- интерполяция полученного массива данных на сетку необходимого размера существующими математическими методами;

- аппроксимация поля температур;

- расчет вектор-функции градиента на поле скалярной трехмерной функции температур;

- получение графического представления модулей значений вектор-функции на координатной сетке;

- обработка изображения разложением на диапазоны с получением зональной или уровневой структуры поля градиентов;

- анализ зональной и уровневой структуры с выявлением областей наибольшего теплового взаимодействия факела с окружающей средой.

Для расчета температурного градиента использовалась операция gradient пакета прикладных программ MathLAB 6.1 R12.

Для достижения наилучшего качества анализа описанными выше способами необходим детальный промер поля температур, что требует больших временных затрат и подчас не представляется возможным в промышленных условиях. Как альтернатива для анализа термической структуры факелов предложен модифицированный метод многозонального компьютерного разложения фото- или видеоизображения, который основан на предположении о том, что одинаковые диапазоны интенсивности свечения характеризуются одинаковыми диапазонами температур.

Данная реализация предполагает:

- фотографирование либо видеосъемку факела с соблюдением определенных условий экспозиции;

- покадровое сканирование, оцифрование и сохранение изображений в одном из растровых графических форматов;

- построение гистограммы распределения интенсивностей оттенков серого цвета и выборку характерных диапазонов;

- преобразование растрового изображения в зональное с уменьшением количества диапазонов интенсивностей.

При использовании видеотехнологий данная методика может быть использована для тонкого оперативного регулирования процесса на основе сравнения текущего разложения изображения факела с эталонным, полученным при отладке горелочного устройства.

Анализ и обработка изображений проводилась при помощи разработанной программы на базе пакета МаАаЬ 6.1 Ю2.

В этой главе также дано описание установки для огневых экспериментов, созданной на базе крупномасштабного стенда для испытаний узлов агломерационного и обжигового оборудования.

В третьей главе приводятся результаты исследования гидродинамической структуры и теплообмена в двойных и тройных закрученных струях, результаты исследования характеристик их аэродинамического шума, генерируемого турбулентными структурами в этих струях, и результаты апробации методов анализа теплового взаимодействия указанных струй и факелов горелочных устройств с окружающей средой.

Изучались двойные закрученные струи, сформированные аксиальными завихрителями с плоскими лопатками толщиной 0,1 мм, с закруткой потока в одну и разные стороны. Использовалось шесть комбинаций завихрителей с углами наклона лопаток (по внутреннему и внешнему каналам соответственно) -15°/15°, -15%15°, -30°/30°, -307-30°, -45745° и -457-45°. Знак «-» указывает на закрутку потока против часовой стрелки, «+» - на закрутку потока по часовой стрелке, если смотреть на завихритель сверху. Диаметр наружного завихрителя варьировался от 41 до 50 мм, диаметр внутреннего завихрителя составлял 24,5 мм, диаметр центральной втулки -5 мм. Среднерасходные скорости потока во внутреннем }¥1 и внешнем И/2 каналах изменялись от 0 до 20 м/с.

Тройные закрученные струи были сформированы аксиальными завихрителями с плоскими лопатками толщиной 0,1 мм, с закруткой потока в одну и разные стороны. Использовалось шесть комбинаций завихрителей с углами наклона лопаток (по внутреннему, среднему и внешнему регистрам соответственно) 457-45745°, 45745745°, 157-30745°, 15730745°, 457-30715° и 45730715°. С учетом особенностей последующего конструктивного исполнения промышленной горелки подвод воздуха во все три регистра завихрителя был выполнен общим. Завихрители устанавливались на внешний канал установки (рис. 1), а внутренний канал подвода воздуха был заглушён. Площади проходных сечений регистров выбирались с учетом их гидравлического сопротивления так, чтобы объемные расходы в регистрах были

10

одинаковы. Наружные диаметры завихрителей составляли 60 мм, диаметр центральной втулки - 19 мм. Среднерасходная скорость потока в канале завихрителя № изменялась от 3 до 12 м/с.

Расшифровка гидродинамической структуры струй производилась путем анализа полей полного давления. На рис. 2 представлены продольный и поперечный срезы полей полного давления тройной закрученной струи.

Рис. 2. Продольный (У = 0) а) и поперечный (7, = 0) б) срезы полного давления Р:

завихритель №1 (у|/уг/уз= 45°/-45°/45°); ¿Г =12 м/с. Газодинамические зоны: 1.1- основная зона обратных токов; 1.2,1.3- внутренние зоны обратных токов;

2.1, 2.2.2.3 - области выхода потоков из межлопаточных каналов; 3.1,3.2 - области внутреннего смешения (сдвига); 4 - область результирующего потока

Указанные на рисунке структурные области сохраняются при смене как режимных, так и конструктивных характеристик завихрителей, изменяются лишь форма и размеры зон.

Таким образом, структура струи, образованной тройным аксиальным завихрителем, сложнее структуры двойной струи: в ней образуются дополнительные зоны обратных токов, области выхода потоков из межлопаточных каналов и смешения.

При закрутке потоков в одну сторону угол раскрытия и ширина струй становится больше, а ее длина - меньше, чем в струях с закруткой в разные стороны. При

а

б

♦г. мм

уменьшении углов установки лопаток угол раскрытия и ширина струй становится меньше, а длина - больше.

По мере развития течения потоки из межлопаточных каналов преобразуются в отдельные результирующие струи, в дальнейшем переходя в сплошное кольцевое сечение.

Строение закрученных струй и закономерности изменения их конфигурации от конструктивных и режимных параметров подтверждают тепловые снимки (см. рис. 4).

Для представления полной картины строения закрученной струи важны сведения не только о конфигурации основных газодинамических зон, но и о размерах когерентных турбулентных структур, образующих эти зоны. Спектр аэродинамического шума, создаваемый структурами в турбулентном потоке, может служить косвенной характеристикой размеров турбулентных структур, возникающих в струях. Для оценки этих размеров в зависимости от частоты акустических колебаний было использовано соотношение Д.И. Блохинцева:

/ = (2)

где / - частота, Гц; Л(И.е) - безразмерный коэффициент, зависящий от числа Рейнольдса - Яе; \м - скорость потока, м/с; / - характерный линейный размер, м.

Измерения уровня звукового давления производилась в 9 октавных полосах частот от 31,5 до 8000 Гц. Были построены спектры характеристик аэродинамического шума: звукового давления Рзв и плотности акустической энергии е, определяемой как:

где а - скорость звука, м/с, р - плотность среды, кг/м3.

Результаты экспериментов показали, что на вид спектров влияют следующие геометрические и режимные факторы: углы установки лопаток завихрителей, взаимное направление крутки потоков и соотношение скоростных напоров течений в каналах.

На основе полученных спектров произведена качественная оценка связи размеров структур с величиной плотности акустической энергии. Для этого были

введены следующие безразмерные параметры: относительный размер структурного образования Л = (где 1\ - размер структурного образования для соответствующей октавной полосы /шах - максимальный размер структурного образования, соответствующий минимальной частоте - 31,5 Гц) и доля суммарной плотности акустической энергии е," = е, (где ^ - величина объемной плотности акустической энергии для соответствующей октавной полосы /¡, - суммарная величина

объемной плотности акустической энергии для всего спектра), приходящаяся на структурное образование размером /,. Распределения значений долей плотности акустической энергии от относительных размеров структурных образований для наглядности были представлены в виде сплошной линии (рис. 3).

Было установлено, что при закрутке потоков в одну сторону наибольший вклад в суммарную энергию струи вносят крупномасштабные структурные образования, а при закрутке в разные стороны — мелкомасштабные, способствующие в таких течениях интенсификации процесса тепломассообмена.

Таким образом, на основе анализа характеристик аэродинамического шума, создаваемого струями, можно оценить, структуры какого размера преобладают в данной струе, т.е. проводить акустическую диагностику турбулентных структур.

Рис. 3. Зависимость от /"¡, двойная закрученная струя; завихрители №1 (у¡/у2 = -45°/45°) и №2 (у,/у2 = -45°/-45°); 20 м/с

Показано, что в тройных струях доля энергии крупномасштабных структур существенно меньше, чем в двойных струях, особенно при разнонаправленной закрутке. Была найдена оптимальная комбинация углов установки лопаток, при которой удалось получить высокотурбулизированную струю, в основном образованную мелкомасштабными структурами.

При исследовании локального теплообмена двойных и тройных закрученных струй потоки, проходящие через каналы завихрителей, подогревались до температуры }„р = 55-60° С, а температура окружающего воздуха гос составляла 18-22° С. Для получения температурных полей (рис. 4) в изучаемых потоках использовалась методика термовизуализирующей сетки.

Рис. 4. Термограммы тройной закрученной струи; завихрители: а) №1 (у,/у2/уэ = 457-45745"),б) №4 (у^Ъ = 45745745°); W = 12 м/с; /стр= 55° С, /ос = 20° С

Для оценки локальной интенсивности теплопереноса в низкотемпературных струях применялся метод приведенных градиентов. На рис. 5, а приведены поля температур и значения приведенного градиента температуры в двойной струе, а на рис. 5, б дано распределение значений приведенного градиента в зависимости от угла к оси 2й.

Оказалось, что в двойной струе при закрутке потоков в разные стороны (рис. 5, пунктирные линии) локальная интенсивность теплового взаимодействия с окружающей средой выше, чем при закрутке в одну сторону (сплошные линии) по всем выбранным направлениям.

а б

Рис. 5. Поле температур и значения GTв двойной струе (fV/ = W2 = 20 м/с): а) 0 - положение полюса, 1 - завихритель №1 (71/72 = -45°/45°), 2 - завихритель №2 (Vi/y2= -45°/-45°), на концах осей Z, в числителе приведены значения GT для завихрителя №1, в знаменателе - для завихрителя №2; б) распределение значений GT по выбранным направлениям

Такая же закономерность наблюдается и в тройной струе (рис. 9). Сопоставление полей позволяет сделать вывод о том, что в тройной струе интенсивность теплового взаимодействия выше, чем в двойной струе. При этом наиболее интенсивный теплообмен происходит в тройной струе с разнонаправленной закруткой.

Следует отметить, что, выбирая положение полюса в сечении струи, можно судить о локальном распределении теплообмена на любой стадии смешения.

Метод градиентного моделирования был применен для анализа факелов с различной организацией течения. Рассматривались туннельная горелка с горел очным камнем и вихревая двухрядная горелка. Оказалось, что метод градиентного моделирования позволяет выделить области наиболее интенсивного теплообмена, для чего следует провести огибающую через максимумы температурного градиента и тем самым получить очерченную границу термоактивной зоны струи или факела (рис. 6).

В свою очередь, применение метода зонального разложения изображений позволяет произвести интегральную оценку термической структуры

15

высокотемпературного факела. На рис 7, а представлено пятизональное разложение изображения факела туннельной горелки. По нему обнаружен эффект проникновения продуктов среды топочного пространства во внутреннюю приосевую область факела (в верхнем правом углу).

^ас)Л02К/м

Рис. 6. Термические характеристики факела вихревой двухрядной горелки (продольные сечения): а) поле температур и б) поле градиента температур (расход газа - 14 м3/ч. коэффициент избытка воздуха - 1.2)

Было проведено сравнение полей безразмерной температуры факела, создаваемого вихревой двухрядной горелкой, и двойной низкотемпературной струи с подобным завихрителем при одинаковых условиях истечения относительно числа Рейнольдса - Яе. Оказалось, что в диапазоне равнозначных безразмерных температур 0 = (Ыо ^ ) = 0,6-0,8, когда действуют механизмы горения, длины изотерм

факела больше, а в диапазоне 9 = 0,4—0,5 конфигурация и длины изотерм практически совпадают (рис. 7, б) Это позволяет сделать основание о возможности поиска методов управления конфигурацией факела путем исследования низкотемпературных потоков в лабораторных условиях.

В четвертой главе представлены результаты внедрения разработанной на основе проведенных исследований горелочного устройства для зажигательных горнов агломерационных конвейерных машин.

Анализ литературных данных и опыта эксплуатации горелочных устройств -вихревой двухрядной горелки и туннельной горелки - показали, что они не соответствуют поставленной технической задаче. Вместе с тем результаты описанных

16

выше исследований позволили сделать заключение о том, что применение тройных аксиальных завихрителей может позволить создать горелочное устройство, отвечающее требованиям агломерации. Однако образуемая ими струя все же имела слишком большую дальнобойность и недостаточный угол раскрытия.

а б

\ ' И

о о

07

Двойная \\\ ~ закрученная 1/ ох

с фу я

Факел

Рис.7, а) пятизональное разложение изображения факела туннельной горелки (расход газа - 11 ч3/ч. коэффициент избытка воздуха - 1.2): б) сопоставление полей безразмерных температур двойной закрученной струи и факела вихревой двухрядной горелки (Ке-55000)

Поэтому для формирования факела с требуемой конфигурацией была разработана конструкция тройного аксиального завихрителя с коническими отражателями. Отражатели были установлены на срезах всех регистров завихрителя. Было исследовано шесть комбинаций завихрителей с углом раскрытия конуса 90°. Новые завихрители были геометрически подобны исходным тройным завихрителям, описанным в главе 3, единственное различие состояло лишь в размещении отражателей. Это позволило оценить влияние этого конструктивного элемента на рабочий процесс.

Установлено, что в такой струе сохраняются те же структурные области, что и в тройной закрученной струе, образованной завихрителем без отражателя, однако угол раскрытия струи больше, что объясняется отклонением потоков отражателями

На рис. 8 приведены полученные на основе тепловых снимков поля температур и значения приведенного градиента температуры по выбранным осям в низкотемпературных струях, сформированных тройными завихрителями с коническими отражателями и без них.

Рис. 8. Поля температур и значения СТ в тройной струе (1¥ = 12 м/с): а) завихрители с отражателями: 1 -№1А (тУуг/уз= 457-45745°), 2 -№4А (у|/у2/у-, = = 45745745°), б) завихрители без отражателей: -№1 (у5/у2/уз = 457-45745°), 2 - №4 (у]/у2/уз = = 45745745°); на концах осей Ъ, в числителе приведены значения (7Г для завихрителей №1А (№1), в знаменателе - для завихрителей №4А (№4)

Как видно из диаграммы, установка отражателей меняет характер распределения локального теплопереноса. Максимальные значения приведенных градиентов располагаются на направлениях зоны обратных токов, что, по-видимому, свидетельствует о появлении дополнительного фактора стабилизации горения.

Высокотемпературные исследования горелок с завихрителями новой формы проводились на промышленном крупномасштабном стенде. В качестве топлива использовался природный газ. При этом варьировались конструктивные и режимные параметры завихрителей.

На основании лабораторных и стендовых огневых исследований были выбраны по технологическим критериям следующие конструктивные параметры завихрите ля горелки: углы наклона лопаток - 45°, разнонаправленная закрутка потоков, угол

раскрытия конуса - 120°.

Эти геометрические характеристики были воплощены в конструкции плоскопламенной горелки, работающей без применения горелочного камня (рис. 9).

Рис. 9. Общий вид плоскопламенной горелки: 1 - газораспределительное устройство: 2 - обечайка: 3 - аксиальные лопатки: 4 - конические отражатели

Характеристики факела плоскопламенной горелки приведены на рис. 10.

X, мм

/,'С 1000- 1100 900- 1000

□ 800 - 900

□ 700 - 800

□ 600 - 700

□ 500 - 600

□ 400 - 500

Рис. 10. Характеристики факела плоскопламенной горелки в воздушной среде (продольные сечения): а) поле температур и б) поле концентраций Оу. (расход газа - 11 м'/ч. коэффициент избытка воздуха - 1.3)

Испытания показали, что на расстоянии 250 - 300 мм от среза газораспределительного устройства, соответствующем примерно двум диаметрам горелки, поле температур практически равномерно.

На базе описанной выше горелки конструкторским отделением общества «Уралмаш-Металлургическое оборудование» при участии автора была разработана конструкция опытно-промышленного горелочного устройства ГУП-2,8/1,5Н. Горелочное устройство представляет собой балку, в которой установлены шесть плоскопламенных горелок.

На металлургическом комбинате «Северсталь» были внедрены в эксплуатацию два опытно-промышленных горна прямого зажигания с этими горелочными устройствами на агломашинах площадью спекания 92 м2.

Данное горелочное устройство прошло сертификационные испытания на соответствие требованиям ГОСТ 21204-97 «Горелки газовые промышленные. Общие технические требования».

В результате проведенных промышленных исследований установлено, что применение данных горелочных устройств обеспечивает:

- устойчивое горение коксодоменного газа без применения горелочных камней при значительных колебаниях давления и калорийности топлива;

- равномерное распределение тепла по поверхности шихты (зона максимальных температур факелов расположена над слоем);

- высокое содержание свободного кислорода (7-9 %) в продуктах сгорания, что благоприятно влияет на зажигание твердого топлива шихты;

- экологичность (содержание оксидов азота и углерода в продуктах сгорания составляет соответственно 112 мг/м3 и 0,01%);

Применение новых горелочных устройств обеспечило снижение удельных затрат тепла на зажигание шихты в 1,5-2 раза по сравнению с предшествующими щелевыми горелочными устройствами при неизменном качестве готового агломерата.

В целом результаты эксплуатации горна в течение двух лет подтвердили правильность заложенных технических решений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ литературных данных и комплекс проведенных исследований позволяет сделать вывод о перспективности использования в технологических горелках многоканальных аксиальных завихрителей, позволяющих путем подбора их геометрических параметров и режимов работы в широких пределах изменять гидродинамическую структуру факела и тем самым управлять как внутренним теплообменом в факеле, так и его тепловым взаимодействием с окружающей средой.

Получены следующие основные результаты:

1. На основе анализа полей полного давления и температуры выявлена структура затопленной струи, образованной трехканальным аксиальным завихрителем при закрутке потоков в одну и разные стороны, а также при наличии или отсутствии отклоняющих поток конусов.

Установлено, что структура струи, сформированной трехканальным завихрителем, существенно сложнее структуры, полученной при использовании двойного завихрителя. В ней образуются дополнительные зоны обратных токов, выхода потоков из межлопаточных каналов и области внутреннего смешения, ведущие к появлению мелкомасштабных структурных образований, способствующих усилению процессов тепломассообмена.

2. Предложен метод акустической диагностики линейных размеров турбулентных структур. Выявлены условия формирования мелкомасштабных газодинамических образований, интенсифицирующих процессы смешения и теплообмена в струях.

3. Разработаны методы для оценки локальной интенсивности внутреннего теплообмена и теплового взаимодействия факела с окружающей средой: приведенных градиентов, градиентного моделирования термического строения потока и модифицированная методика зонального разложения изображения.

4. Эти методы использованы для анализа термической структуры низкотемпературных струй и проведения высокотемпературных сравнительных испытаний промышленных горелочных устройств на крупномасштабном испытательном стенде.

Установлено, что конкретной технологической цели - зажигания твердого топлива агломерационной шихты - наиболее соответствует горелка с трехрядным завихрителем, оборудованным отражателями и с закруткой потоков в разные стороны.

5. На основании полученных автором результатов и при его участии были разработаны горелочные устройства, которые сертифицированы, а результаты их эксплуатации на двух агломерационных машинах металлургического комбината «Северсталь» при спекании тонких концентратов подтвердили, что горелочные устройства с выбранными параметрами устойчиво работают без горелочных камней и обеспечивают выполнение необходимых технологических требований.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Тепло-и массоперенос в струях, созданных двухканальными аксиальными завихрителями / Б.В. Берг, Б.П. Жилкин, М.Ю. Коновалов, А.Н. Шуба // Труды третьей Российской национальной конференции по теплообмену. М.: МЭИ, 2002. Т.2. С.41-44.

2. Технологические агрегаты нового поколения для окускования тонких концентратов / Д.Н. Доронин, В.П. Жилкин, С.С. Скачкова, С.С. Головырин, М.Ю. Коновалов, Е.Г. Дмитриева // Сталь. 2002. № 7. С.7.

3. Особенности газодинамики и теплообмена в затопленных струях, сформированных двойным аксиальным завихрителем камеры сгорания / Б.П. Жилкин, А.Н. Шуба, М.Ю. Коновалов, A.B. Мелких // Закрутка потока для повышения эффективности теплообменников. М.: ОИВТ РАН, 2002. С.27-28.

4. Влияние гидродинамического сопротивления на режимы работы вихревых горелок / Д.Н. Токарев, М.Ю. Коновалов, А.Н. Шуба, Д. Хишигсайхан, Б.И. Зыскин, Б.В. Берг, Б.П. Жилкин U Вестник ГОУ ВПО УГТУ-УПИ № 3 (18). Актуальные проблемы современной энергетики. Тр. Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры тепловых электрических станций УГТУ-УПИ. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. С. 108.

5. Enhancement of gas-jets ignition capability in power facilities / A.V. Zaitsev, K.V. Zaitsev, M.Yu. Konovalov, Kh. Dashpuntsag, A.N. Shuba, B.P. Gzhilkin // Industrial heat engineering. Kiev, Ukraine. National Academy of Sciences. 2003. Vol.5, №4. PP.36-38.

6. Повышение эффективности работы агломерационных горнов путем использования плоскопламенных горелок / С.С. Скачкова, М.Ю. Коновалов, И.А. Зыскин, Б .П. Жилкин // Вестник ГОУ ВПО УГТУ-УПИ № 8 (25). 80 лет Уральской энергетике. Образование. Наука: сб. тр. Международной научно-технической конференции. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. С.202-207.

7. Освоение горна прямого зажигания на агломашине АКМ-92 ОАО «Северсталь» / Д.Н. Доронин, В.П. Жилкин, М.Ю. Коновалов, С.С. Скачкова, A.B. Малыгин, М.А. Гуркин, В.П. Невраев // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства. Материалы IV Международной научно-технической конференции, посвященной 120-летаю И.П.Бардина. Череповец, 2003. С. 10-13.

8. Влияние организации горения на интенсивность взаимодействия факела с окружающей средой. / С.С. Скачкова, М.Ю. Коновалов, A.A. Винтовкин, И.А. Зыскин, Б.П. Жилкин // V Minsk International Heat & Mass Transfer Forum Proceedings MMF-2004. Section №2 «Radiative and combined heat transfer». 2-15. [Электронный ресурс] -Электрон, дан. Минск: АНК «Институт тепло- и массообмена им. A.B. Лыкова НАНБ», 2004. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM); 12 см. - Системн. требования: IBM PC Pentium; Windows (2000, Me, XP); Adobe Acrobat Reader (5.05,6.0).

9. Коновалов М.Ю. Комплексный анализ теплового взаимодействия факела и окружающей среды / М.Ю. Коновалов, P.JI. Катаев, Б.П. Жилкин // Вестник ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» № 3 (33) Теплоэнергетика. Екатеринбург, изд. ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2004, С.114-122.

10. Коновалов М.Ю. Идентификация температурного градиента факелов горелок / М.Ю. Коновалов, P.JI. Катаев, Б.П. Жилкин // Тезисы докладов V Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ - 2004), Самара, 510 июля 2004 г. М.: Вузовская книга, 2004. С.100-101.

И. Применение экономичных плоскопламенных горелок в горнах агломерационных машин / М.Ю. Коновалов, С.С. Скачкова, И.А. Зыскин, Б.П. Жилкин // Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых, 7-10 декабря 2004 г. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2004. С.88-89.

А.&&6А-

Р- б 0 9 5

12. Гидромеханические характеристики и внутренний теплообмен в коаксиальных закрученных струях / X. Дашпунцаг, Б.П. Жилкин, М.Ю. Коновалов, А.Н. Шуба // Вестник ГОУ ВПО УГТУ-УПИ № 4 (56) Теоретические и экспериментальные исследования в энерготехнологии. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. С.72-80.

13. Hydro mechanical characteristics of coaxial gas jets formed by axial vane swirlers / Kh. Dashpuntsag, M.Yu. Konovalov, Kh. Enkhjargal, Ts. Erdenetsetseg, B.P.Zhilkin // Proceedings of the international conference Power industry and market economy. May 04-07, 2005. Ulaanbaatar, Mongolia, 2005. P.401-406.

14. Жилкин Б.П. Аэродинамический шум и структура затопленных воздушных струй, создаваемых двойными аксиальными завихрителями / Б.П. Жилкин, X. Дашпунцаг, М.Ю. Коновалов // Сборник материалов II Российской конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках», Москва, 12-15 марта 2005 г. [Электронный ресурс] - Электрон, дан. М.: МЭИ, 2005. 1 электрон, опт. диск (CD-ROM); 12 см. - Системн.требования: IBM PC Pentium; Windows (2000, ME, XP); Adobe Acrobat Reader (5.05,6.0).

Подписано в печать 03.03.2006 Формат 60x84 1/16 *

Бумага типографская Офсетная печать Усл. печ. л. 1,39

Уч.-изд. л. 1,31 Тираж 100 Заказ 37 Бесплатно

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Характеристики закрученной струи, сформированной одноканальным завихрителем.

1.2. Характеристики закрученных струй, сформированных многоканальными завихрителями.

1.3. Проблема управления структурой и теплообменом в факелах многоканальных горелочных устройств.

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Определение гидродинамических и акустических

I характеристик струй.

2.2. Методика исследования термической структуры струй.

2.3. Методы анализа локальной интенсивности теплообмена в струях и факелах горелочных устройств.

• 3. СТРУКТУРА, АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТЕПЛООБМЕН ЗАКРУЧЕННЫХ СТРУЙ.

3.1. Гидродинамическая и термическая структуры струй.

3.1.1. Двойная струя.

• 3.1.2. Тройная струя.

3.2. Акустические характеристики струй.

3.1.1. Двойная струя.

3.1.2. Тройная струя.

3.3. Локальная интенсивность теплообмена в струях и факелах горелочных устройств.

4. СОЗДАНИЕ ГОРЕЛКИ С ТРЕХРЯДНЫМ АКСИАЛЬНЫМ ЗАВИХРИТЕЛЕМ ДЛЯ ГОРНОВ АГЛОМЕРАЦИОННЫХ МАШИН.

4.1. Требования к горелкам.

4.2. Разработка горелки.

4.3. Результаты внедрения опытно-промышленных горелочных устройств.

Любое горелочное устройство должно быть спроектировано для конкретного процесса с учетом требований технологии. Однако до настоящего времени не была создана оптимальная конструкция горелочного устройства для сводового отопления зажигательных горнов агломерационных машин.

Основные технологические требования к таким горелкам следующие:

- равномерное распределение температур и скоростей в потоке перед входом в слой, находящийся на расстоянии 300-500 мм от среза горелки;

- достаточное содержание кислорода в продуктах сгорания.

Проведенный анализ показал, что наиболее полно этим требованиям может отвечать факел, образованный горелками с многоканальными аксиальными завихрителями. Данные о сложных закрученных потоках, образованных такими завихрителями, особенно с закруткой в разные стороны, весьма ограничены. Вместе с тем, для качественного проектирования горелочных устройств и эффективного регулирования процессов в них необходимы сведения о детальном строении и локальном теплообмене закрученных газовых струй, создающих факел.

Целыо работы являлось расширение представлений о структурно-гидродинамических факторах тепломассообмена закрученных струй, сформированных двух- и трехканальными аксиальными завихрителями с закруткой потоков в одну и разные стороны, анализ локальной интенсивности теплопереноса и разработка на этой основе горелочного устройства для зажигательных горнов агломерационных машин.

Научная новизна основных положений работы заключается в том, что автором впервые:

- путем анализа полей полного давления и температуры выявлена структура струи, сформированной трехканальным аксиальным завихрителем при закрутке потоков в одну и разные стороны;

- предложен метод акустической диагностики линейных размеров турбулентных структур, образующихся в струях;

- установлены закономерности изменения размеров турбулентных структур в газовой струе от геометрических и режимных параметров завихрителей, и на этой основе сделано заключение об их роли в процессе тепломассообмена в факеле;

- разработаны методы оценки локальной интенсивности теплообмена при смешении внутри факела и между ним и окружающей средой;

- проведена комплексная апробация данных методов для ряда промышленных горелочных устройств.

Достоверность результатов основывается на достаточном уровне надежности экспериментальных данных, полученных сочетанием различных независимых методик исследований, стабильной воспроизводимости результатов измерений, хорошем согласовании полученных сведений с опубликованными данными других авторов, а также подтверждается положительными итогами опытно-промышленных испытаний горелочных устройств, разработанных на основе полученной информации.

Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные расширяют представление о физическом содержании процессов в закрученных струях, сформированных двух- и трехканальными аксиальными завихрителями, позволяют оптимизировать параметры процессов с участием таких струй, что дает возможность повысить качество проектирования и эффективность управления сжиганием топлива в горелочных устройствах.

Автор защищает:

- представления о гидродинамической структуре и термическом строении свободных закрученных струй, сформированных трехканальными аксиальными завихрителями с разными углами установки лопаток и различным направлением закрутки;

- результаты экспериментального исследования характеристик аэродинамического шума, генерируемого структурами, образующимися в закрученных струях, и сведения о линейных размерах и энергетических характеристиках этих структур, полученных на основе анализа спектров аэродинамического шума; разработанные методы оценки локальной интенсивности теплообмена и результаты их применения;

- практические рекомендации по разработке горелочных устройств, воплощенные в конструкции опытно- промышленного горелочного устройства с трехрядным аксиальным завихрителем для горнов агломерационных машин.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены металлургическим комбинатом «Северсталь» (г. Череповец) в конструкции опытно-промышленных горелочных устройств ГУП-2,8/1,5Н (горелочное устройство плоскопламенное для зажигательных горнов агломашин с шириной конвейерной ленты 2,8 м, предназначенное для работы на низкокалорийном газовом топливе).

Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенных в диссертации, докладывались и были представлены:

- на III Российской национальной конференции по теплообмену (Россия, Москва, 2002);

- Международной конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии» (Украина, Днепропетровск, 2002);

- Международной научно-технической конференции «80 лет Уральской энергетики. Образование. Наука» (Россия, Екатеринбург, 2003);

- IV Международной научно-технической конференции, посвященной 120-летию И.П. Бардина «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Россия, Череповец, 2003);

- V Minsk International Heat & Mass Transfer Forum MMF-2004 (Belarus, Minsk, 2004);

- V Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях NPNJ-2004 (Россия, Самара, 2004);

- Всероссийской научно-практической конференции и выставке студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго-и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии » (Россия, Екатеринбург, 2004);

- Второй Российской конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (Россия, Москва, 2005);

- International conference «Power industry and market economy» (Mongolia, Ulaanbaatar, 2005).

Работа группы специалистов, в которой автором выполнен раздел по горелочным устройствам, удостоена на Всероссийской выставке научно-технического творчества студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго-и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии» диплома за I место в номинации «Энергосбережение в энергетике» (Екатеринбург, 2004).

Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах.

Диссертационная работа проведена в рамках выполнения г/б темы №1686 (гос. per. №01200205928) «Создание теоретических основ теплотехнических процессов использования энергии топлива и других видов энергоресурсов с целью создания эффективных методов энергосбережения и экологически чистых энерготехнологий».

Автор выражает благодарность своему научному руководителю, д.ф.-м.н. профессору Жилкину Б.П. за доброжелательное отношение и критические замечания, высказанные в процессе обсуждения работы.

Особую благодарность автор выражает Винтовкину A.A., Доронину Д.Н., Жилкину В.П., Зыскину И.А., Малыгину A.B., Скачковой С.С, Скриповой Н.М. за техническую поддержку и полезную информацию, а также руководству и техническим службам аглопроизводства ОАО «Северсталь» за содействие в проведении опытно-промышленных испытаний горелочных устройств.

1.4. ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Использование многорядных лопаточных завихрителей является эффективным и экономичным способом управления структурой струйных систем.

Из представленного обзора литературных данных можно сделать вывод, что наиболее полно изучены закрученные струи, сформированные одноканальными завихрителями. По струям, образованным двух- и многоканальными завихрителями, перечень проведенных исследований не столь обширен. Структура таких струй изучена недостаточно.

По исследованиям акустических характеристик закрученных струй, особенно образованных многоканальными завихрителями, имеется весьма ограниченный объем информации. Практически не изучена их связь с когерентными турбулентными структурами, образующимися в струях.

Не разработаны методы оценки влияния геометрических и режимных характеристик завихрителя на интенсивность локального теплового взаимодействия при смешении потоков.

С учетом того, что сложности теоретического анализа рассматриваемых явлений чрезмерно велики, для ответа на поставленные вопросы следует избрать экспериментальный путь исследования.

Исходя из проведенного литературного обзора и учитывая цель исследования, можно сформулировать следующие задачи: изучить гидродинамическое строение закрученных газовых струй, образованных двух- и трехканальными завихрителями, оценить влияние геометрических и режимных характеристик завихрителей на структуру этих струй; на основе анализа спектров аэродинамического шума провести оценку размеров и энергетических характеристик турбулентных структур, образующихся в струях, при различных геометрических и режимных параметрах завихрителей; разработать методы оценки локальной интенсивности теплообмена в потоке при смешении и применить их для изучения теплопереноса в струях и факелах; на основании полученных результатов сформулировать практические рекомендации для проектирования горелочных устройств и создать перспективный образец горелки; произвести сравнительные натурные испытания приоритетного ряда опытно-промышленных горелочных устройств.

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННА*? 41

БИБЛИОТЕКА

ГЛАВА 2 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУЙ

Для исследования гидродинамических и акустических характеристик закрученных струй использовались следующие экспериментальные установки.

Экспериментальная установка №1

Принципиальная схема экспериментальной установки №1, предназначенной для изучения низкотемпературных закрученных струй, представлена на рис. 2.1, а ее общий вид - на рис. 2.2.

Центральной частью экспериментальной установки являлся струеобразующий аппарат, состоящий из сменных коаксиальных завихрителей 8 и примыкающих к ним внутреннего 5 и внешнего 6 каналов в виде прямолинейных труб, играющих роль участков стабилизации течения.

Подача воздуха в каналы осуществлялась вентиляторами 3, приводимыми в движение электродвигателями 2. Расход воздуха в каналах регулировался числом оборотов вентиляторов путём изменения напряжения, подаваемого на электродвигатели, с помощью лабораторных автотрансформаторов 1. Определение расходов воздуха осуществлялось посредством ротаметров 4 марки РМ-15ЖУЗ. Температура воздуха измерялась медь - константановыми термопарами, горячие спаи которых размещались в каналах 6 и 7, а холодные спаи находились в термостате 13. Величина ЭДС измерялась прибором 14 марки Щ-4315.

Измерение газодинамических характеристик потока осуществлялось пневмометрическим датчиком 9, представляющим собой 5-ти канальный зонд с цилиндрической головкой (диаметр носика 1,3 мм). Сигнал от зонда поступал к микроманометрам 11. При малых перепадах давления использовался микроманометр МКВ-250.

Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки: 1 - лабораторный автотрансформатор; 2 - электродвигатель; 3 — вентилятор; 4 - ротаметр;

5 - электрический воздухоподогреватель; 6 - внутренний канал;

7 - внешний канал; 8 - завихритель; 9 - пневмометрический датчик;

10 - координатное устройство; 11 - микроманометр; 12-термопара, 13 - термостат, 14 — электронный милливольтметр

Для перемещения зонда в области потока, выходящего из завихрителя, использовалось координатное устройство 10, которое было жёстко закреплено на станине. Координатное устройство обеспечивало перемещение зонда по трём взаимо перпендикулярным осям отрезками по 25 мм в горизонтальных плоскостях, и 50 мм в вертикальной плоскости. Внутри каждого отрезка осуществлялось плавное перемещение с точностью 0,01 мм.

Рис. 2.2. Общий вид экспериментальной установки №1

Станина выполняла роль несущей конструкции, придавая жёсткость всей экспериментальной установке и исключая влияние неблагоприятных внешних факторов, таких как вибрация и колебания температуры, которые так или иначе могли бы повлиять на ход выполняемой работы.

Экспериментальная установка №2

Принципиальная схема экспериментальной установки для изучения шумовых характеристик двойной закрученной струи представлена на рис. 2.3, а ее общий вид - на рис. 2.4. Установка выполнена на основе установки №1.

Измерение аэродинамического шума (уровня звукового давления), создаваемого струей, производились интегрирующим прецизионным шумомером фирмы Вгие1&К]аег Туре 2230. При измерениях характеристик шума рабочие каналы завихрителей размещались в звукоизолирующей цилиндрической камере с высотой 800 мм и внутренним диаметром 500 мм, через стенку которой вводился микрофон шумомера, который располагался перпендикулярно оси камеры. Чтобы исключить обуславливаемые телом оператора нарушения исследуемого звукового поля, шумомер был закреплен на штативе.

Рис. 2.3. Схема экспериментальной установки: 1 - лабораторный автотрансформатор; 2 - электродвигатель; 3 - вентилятор; 4 - ротаметр; 5 - воздухоподогреватель; 6,7 - внутренний и внешний каналы; 8 - завихритель; 9 - звукоизолирующая камера; 10 - шумомер; 11 - штатив

Так как камера все же не обеспечивала полную звукоизоляцию от внешних источников шума, сначала были проведены измерения фонового уровня звукового давления в камере, для чего струя изолировалась с помощью специальной насадки, надевающейся на завихритель, вывод воздуха в которой осуществлялся вверх за пределы звукоизолирующей камеры. Затем были проведены измерения без насадки.

Рис. 2.4. Общий вид экспериментальной установки

Пересчет значений уровня звукового давления (Дб) в значения звукового давления /?зв (Па) осуществлялся по формуле [27]: Ь зв=А>-Ю20 (2.1) где р0 = 2-10° Па - условное действующее значение для нулевого уровня по звуковому давлению.

Далее для каждого измерения из значений общего звукового давления в камере (измерения без насадки) вычитались значения звукового давления фона:

Рзв =Рзв1-Рзвф (2-2)

Таким образом, полученные значения рзв являлись характеристикой фактического аэродинамического шума струи.

Для каждой комбинации завихрителей измерялся уровень звукового давления ЬР в октавных полосах частот 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц и общий уровень в диапазоне 10 Гц - 50 кГц.

Интегрирующий прецизионный шумомер Вгие1&К]аег Туре 2230:

- в процессе обработки исследуемого акустического сигнала позволяет автоматически и одновременно измерять уровень звука или звукового давления, максимальный, минимальный и эквивалентный уровни и уровень звуковой экспозиции;

- соответствует 1 классу точности по ГОСТ 17187-71 и занесен в Государственный реестр средств измерений.

2.2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ СТРУЙ

Изучение тепловых характеристик низкотемпературных струй проводилось на установке №1. В опытах с использованием традиционной методики в координатное устройство вместо зонда 9 устанавливалась медь-константановая термопара с диаметром горячего спая 0,3 мм.

Метод термовизуализирующей сетки

Для выявления термической структуры низкотемпературной закрученной струи использовался метод термовизуализирующей сетки [53]. Метод заключается в том, что в неизотермический газовый поток 1 (рис. 2.5) помещается сетка 2 из фторопластовых нитей, материал которых имеет коэффициент теплопроводности 0,9-1,05 коэффициента теплопроводности газа, расстояние между нитями сетки (размер ячейки) подбиралось таким, чтобы не загромождать поток.

Тепловое излучение от нитей, интенсивность которого соответствует температуре потока, с помощью тепловизионной камеры 3 преобразуется в визуальный образ 4 в виде цветового поля, отображаемого на мониторе 5 тепловизионной камеры. Этот визуальный образ расшифровывается в числовые значения температуры в точках газового потока путем сопоставления цветов со шкалой «температура-цвет» 6 на мониторе. Тем самым производится одномоментное измерение температурного поля газового потока в большом числе точек области течения, размеры которой определяются размерами сетки.

Рис. 2.5. Схема визуализирующей установки: 1 - поток; 2 - сетка; 3 - тепловизионная камера; 4 - изображение; 5 - монитор;

6 - цветовая шкала

Для визуализации использовались: тепловизор с программным пакетом ЫеуЛК.Т18 200; сетка 400x500 мм из фторопластовых нитей толщиной 50 мкм и размерами ячейки 2x2 мм.

Высокотемпературные исследования были проведены на базе крупномасштабного стенда для испытаний узлов агломерационного и обжигового оборудования.

Экспериментальная установка №3

Принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рис. 2.6.

Воздух в горелочное устройство (далее - горелку) подавался с помощью вентилятора ВВД-9 (2), приводимого в движение электродвигателем 1. Общий расход регулировался с помощью поворотной заслонки 3 на всасе вентилятора. Для измерения расхода воздуха в тракт воздуховода была установлена измерительная диафрагма 5. Далее поток воздуха направлялся в два воздухоподводящих канала для внешнего и внутреннего регистров завихрителя горелки. Расход воздуха в каналах регулировался встроенными шиберами 7. Для измерения статического и динамического напоров в каждый канал были встроены пневмотрубки 8.

Рис. 2.6. Схема экспериментальной установки: 1 - электродвигатель;

2 - вентилятор; 3 - поворотная заслонка; 4 - подвод воздуха; 5 - измерительная диафрагма; 6 - И-образный манометр; 7 - шибер; 8 - пневмотрубка; 9 - микроманометр; 10 - горелочное устройство; 11 - подвод газа; 12 - пневмометрический зонд; 13 - координатное устройство; 14 - шахта из огнеупорного кирпича; 15 - отвод продуктов горения

Использовались два горелочных устройства с различной организацией закрутки: вихревая двухрядная горелка (рис. 2.7) и туннельная горелка с горелочным камнем.

Описания конструкции горелок приведены в п. 3.3.

Отвод продуктов горения осуществлялся в шахту прямоугольного сечения 14, выложенную огнеупорным кирпичом с помощью дымососа ВМ-50.

Рис. 2.7. Вихревая двухрядная горелка, установленная на стенде

Измерение давления (динамического напора) в закрученной струе, образованной двойным аксиальным завихрителем горелки, осуществлялось с помощью пневмометрического зонда. Для перемещения зонда 12 в области потока, выходящего из завихрителя, использовалось координатное устройство 13, которое было жестко закреплено на станине. Координатное устройство обеспечивало перемещение зонда по трем взаимно перпендикулярным осям. Измерения производились на воздухе, имеющем температуру окружающей среды. Среднерасходые скорости устанавливались по перепаду динамического и статического давлений на пневмотрубках, встроенных в подводящие каналы, расходы регулировались положениями шиберов в подводящих каналах.

Измерение температуры факела, создаваемого горелкой, производилось с помощью ХА термопары, подключенной к милливольтметру. Эксперименты проводились при различных режимах работы горелки по газу и воздуху.

При использовании туннельной горелки экспериментальная установка была перенастроена (рис. 2.8). Воздух от вентилятора 2 через измерительную диафрагму 5 поступал в воздухоподводящий короб 8. В коробе была установлена горелка 9. Воздух из короба поступал в завихритель горелки. Подвод газа осуществлялся аналогично предыдущей схеме.

Рис. 2.8. Схема экспериментальной установки: 1 - электродвигатель;

2 - вентилятор; 3 - поворотная заслонка; 4 - подвод воздуха; 5 - измерительная диафрагма; 6 - 11-образный манометр; 7 - патрубок подвода воздуха; 8 - воздухоподводящий короб; 9 - завихритель горелки;

10 - горелочный туннель; 11 - подвод газа; 12 - пневмометрический зонд; 13 - координатное устройство; 14 - шахта из огнеупорного кирпича; 15 - отвод продуктов горения; 16 - микроманометр

2.3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ЛОКАЛЬНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В СТРУЯХ И ФАКЕЛАХ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

Для оценки общего уровня теплового взаимодействия наиболее применим метод коэффициентов теплового взаимодействия (теплопередачи) [43]. Однако интенсивность теплового взаимодействия в различных зонах факела может быть не одинакова, а сведения об этом распределении очень важны для организации ряда технологических процессов. Для оценки локальной интенсивности теплообмена были разработаны методы приведенных градиентов температуры и градиентного моделирования ® термического строения струй и факелов [56].

Вместе с тем для достижения наилучшего качества анализа указанными выше способами необходим детальный промер поля температур, что требует больших временных затрат и подчас не представляется возможным в промышленных условиях.

Поэтому для оперативной диагностики формы и термической структуры факелов горелок был разработан метод многозонального разложения изображения.

Комплексная апробация данных методов проведена для факелов описанных выше горелочных устройств. Исследования были проведены на ® экспериментальной установке №3. В качестве топлива использовался природный газ.

Метод приведенных градиентов

Данная методика является графоаналитической и заключается в следующем. По результатам замеров температуры строится поле изотерм. На нем выделяются характерные точки (узлы). Из них проводятся прямолинейные координатные линии по контрольным, характерным направлениям, в зависимости от конкретной конфигурации термического поля.

Расчет градиента (ЗТ производится по следующей формуле: max ср где - разность температур между соседними изотермами; х{-х{л — расстояние между соседними изотермами; tmах - максимальная температура в потоке или в факеле, tcp - температура окружающей среды.

Ранее [56], для определения градиента GTb знаменателе формулы (2.3) вместо значения максимальной температуры imax использовалось значение средней температуры между соседними изотермами однако расчет по данной формуле приводил к некорректным результатам (знаменатель обращался в ноль при приближении значений t; ¡, к значениям tcp).

Метод градиентного моделирования термического строения

Метод градиентного моделирования термического строения основан на предположении о том, что области наиболее активного теплового взаимодействия в потоке характеризуются наибольшим изменением градиента температуры.

Реализация предлагаемого метода предполагает следующие этапы:

- термометрирование плоскостей сечений факела по сетке координат;

- интерполяция полученного массива данных на сетку необходимого размера существующими математическими методами;

- апроксимация поля температур;

- расчет вектор-функции градиента на поле скалярной трехмерной функции температур по формуле:

УТ(х, у, ¿) = 8гас1Г(*, = + ~ j + (2.4) гас оу ог

- получение графического представления модулей значений вектор-функции на координатной сетке;

- обработка изображения разложением на диапазоны с получением зональной или уровневой структуры поля градиентов;

- анализ зональной и уровневой структуры с выявлением областей наибольшего теплового взаимодействия потока с окружающей средой.

Метод многозонального разложения изображения

Для тонкого оперативного регулирования горелок различных теплотехнических устройств необходимо оперативно оценивать термическую структуру факела. Измерения температур термопарами требуют введения датчика в поле потока, дают значения только в определенных точках, трудоемки и, как правило, невозможны на действующих агрегатах.

Как альтернатива для анализа термической структуры факелов горелок предложена методика многозонального компьютерного разложения фотографического или видеоизображения, которая представляет собой развитие подходов [57].

Метод основан на предположении о том, что при статическом изображении факела одинаковые диапазоны интенсивности свечения характеризуются одинаковыми диапазонами температур.

Данная реализация предполагает следующие этапы:

- фотографирование либо видеосъемка факела с соблюдением определенных условий экспозиции;

- покадровое сканирование, оцифрование и сохранение изображений в одном из растровых графических форматов. При этом полученное изображение должно представлять собой матрицу, элементы которой имеют значения от 0 до 255 градаций интенсивностей серого цвета;

- построение гистограммы распределения интенсивностей оттенков серого цвета и выборка характерных диапазонов;

- преобразование растрового изображения в зональное с понижением количества диапазонов интенсивностей.

При использовании видеотехнологий данная методика может быть использована для тонкого оперативного регулирования процесса на основе сравнения текущего изображения с эталонным, полученным при отладке горелочного устройства.

ГЛАВА 3

СТРУКТУРА, АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТЕПЛООБМЕН ЗАКРУЧЕННЫХ СТРУЙ

3.1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ И ТЕРМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРЫ СТРУЙ 3.1.1. Двойная струя1

Исследования проводились на экспериментальной установке №1. Изучались струи, образованные двойными аксиальными завихрителями с плоскими лопатками толщиной 0,1 мм, с закруткой потока в одну и разные стороны, общий вид которых дан на рис. 3.1. Использовалось 6 наиболее характерных комбинаций завихрителей с закруткой потока в одну и разные стороны. Характеристики завихрителей приведены в табл. 3.1, где 71 и у2 -углы установки лопаток соответственно внутреннего и внешнего завихрителей; с!0 - наружный диаметр центральной втулки завихрителя; и соответственно внутренние диаметры проходного канала внутреннего и внешнего завихрителей. Среднерасходные скорости потока ¡V во внутреннем 1¥\ и внешнем \У2 каналах варьировались от 0 до 20 м/с.

Все завихрители имели одинаковый эквивалентный диаметр с1э =10мм.

Рис.3.1. Общий вид двойного аксиального завихрителя 1 Исследования проведепы совместно с Шубой А.Н.

56

1. Аэродинамика закрученной струи. Под. ред. Ахмедова Р.Б. М.: Энергия, 1977, 240 с.

2. Халатов A.A. Теория и практика закрученных потоков. Киев: Наук. Думка, 1989. 192 с.

3. Нурсте Х.О., Иванов Ю.В., Луби Х.О. Исследование аэродинамики потока в закручивающих устройствах // Теплоэнергетика. 1978. №1. С. 37 -39.

4. Турбулентное смешение газовых струй. Под ред. Абрамовича Г.Н. М.: Наука, 1974. 272 с.

5. Закрученные потоки / Гупта А.К., Ашвани К. и др. // Перевод с английского. М.: Мир, 1987. 588 с.

6. Щукин В.К., Халатов A.A. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах. М.: Машиностроение, 1982, 200 с.

7. Шерстюк А.Н., Тарасова Л.А. К расчёту закрученной струи. // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 1982. № 9. С. 109 111.

8. Шерстюк А.Н., Тарасова Л.А. Аэродинамика слабозакрученной турбулентной струи // Теплоэнергетика. 1986. № 2. С. 61 64.

9. Ахмедов Р.Б. Дутьевые газогорелочные устройства. 2-е изд. М.: Недра, 1977. 272 с.

10. Назарчук А.П., Золотницкий А.Д. К вопросу об определении структуры затопленного вихревого потока при большой степени закрутки. // Харьков: Энергетическое машиностроение, 1983. № 35. С. 42 45.

11. Рашидов Ф.К., Кузнецов К.Г. Эффективная крутка потока на выходе из завихрителей реверсных горелочных устройств // Известия АН УзССР. Серия технических наук. 1984. №4. С. 26 28.

12. Рябокобыленко И.В. Каневский З.И. Численное моделирование истечения вихревой изотермической струи из сопла с косым срезом // Харьков: Энергетическое машиностроение. 1987. № 44. С. 105 110.

13. Теория турбулентных струй. Под ред. Г.Н. Абрамовича. М.: Наука, 1984. 715 с.

14. Новомлинский В.В. Математическое моделирование неизотермических турбулентных одно- и двухфазных закрученных потоков//ИФЖ. 1991. №2. С. 191 197.

15. Лукашов В.В. Гидродинамика закрученной импактной струи // 4 всесоюзная конф. мол. иссл. Новосибирск. 1991. С. 229 230.

16. О влиянии закрутки потока на интенсивность тепломассообмена / Спиридонов Ю.А., Галицкий Ю.Я., Галицкая В.А., Сучилин Г.Н. // Тр. МЭИ. М.: МЭИ. 1982. № 588. С. 72 77.

17. Бубнов В. А. Об эффективной вязкости в турбулентных закрученных потоках // Гидродинамика и процессы тепломассообмена. Киев. 1986. С. 80- 85.

18. Kolar V., Filip P., Currev A. G. The swirling radial jet // Appl. Sci. Res. 1982. №4. P. 329 335. (англ.).

19. Абрамович Г.Н., Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н. Турбулентные течения при воздействии объемных сил и не автомодельности. М.: Машиностроение, 1975. 96 с.

20. Агафонов К. Н. Численный анализ гидродинамики и теплообмена турбулентной закрученной импактной струи. // Научн. тр. московского лесотехнического института. М.: 1989. № 219. С. 113 120.

21. Шторк С.И., Кала К.Э., Фернандес Э.К., Хейтор М.В. О формировании когерентных винтовых структур в закрученной струе // Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. В.15. С.62 68.

22. Ни Guo-Hui, Sun De-Jun, Yin Xie-Yuan. A numerical study of swirling jet // Phys. Fluids, 2001, 13, №4, P. 951 965 (англ.)

23. Зыскин Б.И. Гидродинамика и теплообмен при смешении закрученных газовых струй с поперечным потоком // Автореф. канд. дис. Екатеринбург. 1999. С. 28.

24. Вулис JI.A., Кашкаров В.Г. Теория струй вязкой жидкости. М.: Наука. 1965. С. 431.

25. Устименко Б.П., Ткацкая О.С., Ершин Ш.А. Некоторые результаты исследования аэродинамики закрученного газового факела // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Новосибирск: 1973. Вып. 9. С. 91 -99.

26. Гиневский A.C., Власов Е.В., Каравосов Р.К. Акустическое управление турбулентными струями. М.: Физматлит. 2001. 240 с.

27. Иофе В.К., Корольков В.Г., Сапожков М.А. Справочник по акустике. М.: Связь. 1979.312 с.

28. Lighthill M.I. On sound generated aerodynamically. Part I. General theory //Proc. Roy. Soc., Ser. A. Vol. 211, №1107. P.564-587; Vol. 222, №1148. 1954. P.l -32.

29. Расчеты и измерения характеристик шума, создаваемом в дальнем звуковом поле реактивными самолетами. Под. ред. Соркина Л.И. М.: Машиностроение. 1968. 99 с.

30. Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев Е.А. Аэродинамические источники шума. М.: Машиностроение, 1986. 248 с.

31. Власов Е.В., Гиневский A.C., Каравосов Р.К., Макаренко Т.М. Акустическое возбуждение турбулентной струи, истекающей из диафрагмы / В кн. Современные проблемы аэрогидромеханики. Том 2. М.: Изд. ИПРИМРАН. Наука. 1999. С. 156 161.

32. Власов Е.В. Исследование турбулентности в связи с определением акустических характеристик струи // ИФЖ. Т.8. №5. С. 568 573.

33. N. W. M. Ко, R. С. К. Leung, and К. К. Lam. Two Interacting Vortex Ring Pairs and Their Sound Generation // AIAA Journal, Vol. 38, No. 1, Jan. 2000, pp. 79-86 (англ).

34. Власов Е.В., Гиневский A.C., Каравосов Р.К. Аэроакустические характеристик акустически возбужденных струй / В кн.: Акустика

35. Ф турбулентных потоков. М.: Наука. 1983. С. 14-21.

36. Власов Е.В., Гиневский A.C., Каравосов Р.К. Исследование аэродинамических и акустических характеристик акустически возбужденных струй / В кн.: Современные вопросы аэромеханики. М.: Машиностроение. 1987. С. 154-168.

37. Гиневский A.C., Власов Е.В., Колесников A.B. Аэроакустические взаимодействия. М.: Машиностроение. 1978. 177 с.

38. Власов Е.В., Гиневский A.C. Воздействие звуковых колебаний на ® характеристики турбулентной затопленной струи / Труды ЦАГИ. 1975.1. Вып. 1655. С. 23-32.

39. Власов Е.В., Гиневский A.C., Каравосов Р.К., Макаренко Т.М. Воздействие негармонического акустического сигнала на турбулентную струю // ИФЖ. 2001. Т.74. №1. С. 8-9.

40. Фурлетов В.И. О воздействии звуковых колебаний на турбулентную струю газа // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1969. №5. С. 166-171.

41. Arbey Н., Ffowcs Williams J.E. Active cancellation of pure tones in a excited jet//J.Fluid Mech. 1984. Vol.149, pp. 445 454.

42. Теория и техника теплофизического эксперимента / Ю.Ф. Гортышов,

43. Ф.Н. Дресвянников, Н.С. Идиатуллин и др. Под. ред. В.К. Щукина. М.: Энергоатомиздат, 1985. 360 с.

44. Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука, 1981.208 с.

45. Справочник по теплообменникам. Пер. с англ. под ред. Мартыненко О.Г. и др. М.: Энергоатомиздат, 1987. Т.1. 352 с.

46. Петухов В.В., Серант Ф.А., Устименко Б.П. Исследование осредненных и пульсационных характеристик двойных коаксиальных сильнозакрученных струй вихревых горелок // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Новосибирск: 1973. Вып. 9. С. 76 83.

47. Устименко Б.П., Каймирасова С.Д. Влияние начальной крутки внутреннего и внешнего потока на аэродинамику сложной коаксиальной струи // Проблемы теплоэнергетики и прикладнойтеплофизики. Новосибирск: 1973. Вып. 9. С. 84 90.

48. Свириденков A.A., Третьяков В.В., Ягодкин В.И. Об эффективности смешения коаксиальных потоков, закрученных в противоположные стороны //ИФЖ. 1981. Т. 41. №3. С. 407 413.

49. Свириденков A.A., Третьяков В.В. Экспериментальное исследование смешения турбулентных противоположно закрученных струй на начальном участке в кольцевом канале // ИФЖ. 1983. Т. 44. №2. С. 205 -210.

50. Gupta А.К., Lewis M.J., Daurer M. Swirl effects on combustion characteristics // Gas Turbines and Power. 2001. №3. P. 619 626 (англ.)• 50. Котлер B.P. Оксиды азота в дымовых газах котлов. М.:

51. Энергоатомиздат, 1987. 184 с.

52. Шагалова C.JL, Соловьев J1.K. Исследование структуры кольцевых струй и факелов вихревых горелок в изотермических условиях // Теплоэнергетика. 1983. №6 С. 31 35.

53. Шагалова C.JL, Соловьев JI.K. Аэродинамические исследования потока в каналах вихревых горелок за лопаточными аппаратами // Теплоэнергетика. 1984. №7 С. 22 26.

54. Шуба А.Н. Гидродинамика и теплообмен затопленной газовой струи, ^ сформированной одно- и двухканальным аксиальным завихрителем //

55. Автореф. дис. канд. техн. наук. Екатеринбург. 2002. 24 с.

56. Потапов В.Н. Управление структурой потока на выходе из вихревой горелки // Автореф. дис. канд. техн. наук. Екатеринбург. 2002. 24 с.

57. Р.Б. Ахмедов, И.М. Гольдберг. Диффузионное регулирование топочных процессов при сжигании газа // Сер. Использование газа в народном хозяйстве. М.:ВНИИЭгазпром, 1976. 44 с.

58. М.Ю. Коновалов, P.JI. Катаев, Б.П. Жилкин. Комплексный анализ теплового взаимодействия факела и окружающей среды. // Вестник ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» № 3 (33) Теплоэнергетика. Екатеринбург, изд. ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2004, С. 114-122.

59. Костомаров В.М., Жилкин В.П., Зыскин Б.И. Компьютерный анализ струйных течений // Сыромятниковские чтения. Екатеринбург: УГТУ, 1995. С. 65-70.

60. Берг Б.В., Жилкин Б.П., Коновалов М.Ю., Шуба А.Н. / Тепло-и массоперенос в струях, созданных двухканальными аксиальными завихрителями // Труды третьей Российской национальной конференции по теплообмену. / МЭИ, М, 2002, С.41-44.

61. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978.

62. Токарев Д.Н., Жилкин Б.П., Берг Б.В., Богатова Т.Ф. / О гидравлическом сопротивлении двухрядных завихрителей вихревых горелок // Вестник ГОУ ВПО УГТУ-УПИ № 3 (33). Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. с. 180-185.

63. Внешний нагрев при агломерации / В.А. Шурхал Киев: Наукова думка, 1985, 192 с.

64. Горелочные устройства обжиговых агрегатов металлургического производства / A.A. Винтовкин, В.М. Удилов Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1991, 336 с.

65. Сырье для черной металлургии. Справочное издание. В 2-х т. Т.1.

66. Сырьевая база и производство окускованного сырья (сырье, технологии, оборудование) / М.Г.Ладыгичев и др. М.: Машиностроение-1, 2001, 896 с.

67. Технологическое сжигание и использование топлива / Винтовкин A.A., Ладыгичев М.Г., Голдобин Ю.М., Ясников Г.П. М.:Металлургия, 1998, 286 с.

68. ГОСТ 21204-97. Горелки промышленные. Общие технические требования. М.: Изд-во стандартов. 1998. 18 с.

69. Внедрение горна прямого зажигания аглошихты со сводовыми горелками ГУП-2,8 на агломашине №6 АГЦ-2 ОАО «Северсталь» // Отчет по теме НИР 911-03-97. ООО «Уралмаш-Метоборудование». Екатеринбург. 2003. 62 с.