Развитие и воспламенение топлива в струях (прямоточной, кольцевой)
В энергетике осн видом котлов явл-ся камерная топка Т-ВСм. В кам топку поступает из горелочных устр-в в виде прямоточных или завихренных струй, развитие к-х определяет условия воспламенения и интенсивность горения.
Наиболее распространённой является прямоточная струя.
1 – выходная часть горелки, сопла. 2 – ядро струи (невозмущенная часть ядра) 3 – пограничный слой, 4 – распределение T топлива в струе, 5 – распределение концентрации горючего вещества в струе (горение на переферии, там С меньше), 6 – эпюры скоростей на выходе из горелки (~Const) , 7 – эпюры скоростей на основном участке (по з-ну сохр импульса) – из-за соударения горючих газов с газами в печи, 8 – внешний угол раскрытия струи, 9 – внутренний угол раскрытия струи. Т0 – начальная температура топлива, С0 – начальная концентрация топлива, ω0 – начальная скорость топлива.
В камерных топках топливно-воздушная смесь поступает из горелочных устройств в виде турбулентной прямоточной струи с нач ск-ю ω0, конц-ей С0 и нач Т0. Топливно-воздушная смесь поступает в топочный объём, который заполнен горячими топочными газами. На поверхности раздела струи с окр средой за счет поперечной составляющей скоростей происходит проникновение массы струи в окружающий объём и захват массы из окружающего объёма горячих топочных газов струю.
В зоне смешения (пограничный слой) - взаимодействие масс топочных газов и струи подчиняется закону сохранения импульса. М0ω0+М1ω1 = (М0+М1)ωСМ, М0 – взаимодействующая масса струи, М1 – масса окружающей среды, ω0– скорость струи, ω1– скорость окружающей среды, ωСМ– скорость поступательного движения смеси.
ω1=0→ ωСМ = М0 ω0 М0+ М1 
,
По мере приближения к внешней границе струи доля вовлечённой в движение массы М1 увеличивается и уменьшается скорость движения смеси. За счёт турбулентного переноса масс пограничный слой расширятся и в результате потенциальное ядро, где сохраняются начальные значения ω0, t0, c0 (невозмущённоая часть струи ) постепенно уменьшается. Внешний угол раскрытия стуи – 12-14 °, а внутренний 6°. Сечение, в котором оканчивается потенциальное ядро – переходное. Расстояние от устья горелки до него – начальный участок струи (S0 = 0,67* R0A* 
). r0 – радиус круглой горелки(или ½ экв диам для прямоуг струи, dЭКВ = 1,13 A*B 
,(a и b – шир и выс выходн сеч горелки)), a* – экспериментальный коэффициент струи, который учитывает её турбулентность и неравномерность поля входных скоростей.
Если число Рейнольдса находится в пределах Re>2*104, то a* = 0,07–0,08, тогда S0 = (4,2-5)*dЭКВ.
За переходным сечением пограничный слой распространяется на всю струю и параметры на оси струи тоже изменяются по мере их удаления от переходного сечения (↑Т, ↓ω). В переходном сечении полуширина струи : rПС = r0+S0*tg αВНЕШ, в 3 раза > r0 (rПС/r0 = 3)
Прогрев поступающего топлива до температуры воспламенения происходит за счёт двух источников теплоты:
1) за счёт теплового потока излучения от ядра факела (горит топ-возд см);
2) за счёт конвективного нагрева массы струи с горячими топочными газами(осн кол-во теплоты). Горелка должна нагреть, смешать, обеспечить самоспламенение.
Горелочное устройство должно по мах интенсифицировать проникновение гор. газов в свежую струю на начальном участке и ускорить воспламенение топлива. В данном ГУ хуже всего прогревается центр струи. Для прогрева центра была придумана вихревая горелка с Кольцевой закрученной струей.
Параметр крутки n= 2-5. С другой стороны n⋍4 ωT ωA 
,
ωt – максимальная тангенсальная составляющая скорости потока на выходе из горелки, ωa – аксиальная сост ск-ти,
С увеличением n растёт турбулентность струи, ув-ся интенсивность вовлечения окружающих газов в струю. В центральной приосевой зоне закрученной струи создается область пониженного давления, куда проникают высокотемпературные газы, идёт Рециркуляция газов к корню горелки. Угол раскрытия горелки растет.
Длина рециркуляции : SРУ = 1,4*n*r0 ,
В этой горелке, в отличие от прямоточной, кроме Внешней зоны имеется внутренняя зона(вовлечение газов в струю) прогрева топлива горячими топочными газами и повышенная турбулентность.
Воспламенение горючей смеси возможно при: 1) достижении t не ниже t воспламенения, 2) концентрация топлива должна быть больше нижнего предела воспламенения.
У внешней границы tCM максимальная, но концентрация топлива незначительная(tCMMAX, Cmin). В центральной части концентрация достаточная, а температура – нет(CMAX, tCMMIN ). Самовоспламенение возможно в узкой области, близкой к периферии, где выполняются оба условия. Практически горение происходит всегда на определенном удалении от горелки, поскольку вблизи горелки в струе нет нужной t. Фронт горения устанавливается в том месте, где поступательная ск-ть потока = ск-ти распространения турбулентного пламени.
