II T f - ao +
/=1
aiXi, (6.6)
-d “*» II er0 iM=
bi Xu (6.7)
n Sf = C0 + Yj
/ = 1
Ci X , (6.8)
II
cf = d 0 + Y , di Yi, (6.9)
/*1
gdzie: ao, b 0, c0, d0 - w yrazy w olne rów nań em pirycznych, au bj, Ci, di - w spółczynniki rów nań em pirycznych,
Xi(ds, X, T w, S), Yi(ds, X, T w) - założone funkcje zm iennych niezależnych.
W drugim etapie doboru zależności em pirycznych, dotyczącym w yznaczenia szczegółow ych param etrów przyjętej postaci funkcji, posłużono się je d n ą z m ożliw ych w tym zakresie m etod, a m ianow icie m etodą regresji krokowej. Jest to m etoda polecana ja k o je d n a z bardziej efektyw nych w literaturze dotyczącej statystycznego opracow ania w yników pom iarów [ 10, 17].
M etoda ta um ożliw ia elim inację mało istotnych składników zaproponowanego rów nania aproksym acyjnego i w ybór najbardziej optym alnej postaci zależności empirycznej przy przyjętym poziom ie ufności.
Do analizy regresyjnej przyjm uje się w tej metodzie funkcję aproksym acyjną w postaci w ielom ianu zaw ierającego w szystkie m ożliwe składniki w ynikające z założonego stopnia w ielom ianu oraz z ilości zm iennych niezależnych i w rezultacie procedury regresji krokowej w ybierane s ą w yrazy m ające najistotniejszy w pływ na w artości funkcji. D la przykładu, w przypadku czterech zm iennych niezależnych i drugiego stopnia w ielom ianu liczba m ożliwych kom binacji połączenia zm iennych niezależnych w wyrazy w ielom ianu pierw szego i drugiego stopnia w ynosi 14. Taki też cztem astoskładnikow y w ielom ian poddaje się procedurze regresji krokowej, w rezultacie której zostają w ybrane te wyrazy wielom ianu, które zapew niają w yznaczenie w artości aproksym ow anej w granicach m ieszczących się w przyjętym przedziale ufności.
N iniejszą analizę przeprow adzono dla 95-procentowego poziom u ufności. Obliczenia aproksym acyjne w ykonano przy użyciu program u kom puterowego opracow anego dla tej m etody w Instytucie Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej w Gliwicach.
W rezultacie przeprow adzonych obliczeń otrzym ano następujące em piryczne postaci funkcji ( 6 .2 ) - ( 6 .5 ) :
Tf = ao + ai X + a2 ^-2 + a3 ds S + a4 ds T w, (6.10) Fr = b0 + bi X + b2 X.2 + b3 ds2 + b4 ds Tw + bs ds S, (6.11)
£ f= c0 + Ci ds S + C2 ds X + c3 X T w + C4 S, (6.12)
cf = d o + d , d s 2 + d2 Tw. (6.13)
W artości w spółczynników równań (6.10) - (6.13) zebrano w tablicy 6.1. Niezależne param etry: ds, S i T w w ystępujące w tych równaniach należy podstaw iać w następujących jednostkach:
- ds fum, - T w K, - S K/sm,
natom iast obliczone param etry płom ienia odpowiednio: TfW K, F f W m , Cf w mg/m .
1
Tablica 6.1 Współczynniki równań empirycznych"
N r rów nania W spółczynnik rów nania Jednostka W spółczynnik
korelacji
W pracy przedstaw iono w yniki licznych badań eksperym entalnych spalania paliwa ciekłego typu lekkiego oleju opałowego. Przeprow adzone badania i analiza uzyskanych w yników um ożliw iają głębsze poznanie m echanizm ów zachodzących procesów i w ystępujących zależności w czasie spalania olejów za pom ocą palników w yposażonych w różne rozpylacze.
O kreślono zakres w pływ u głów nych param etrów substratów spalania oraz stanu cieplnego kom ory na param etry procesu, ja k również wyznaczono szereg danych przydatnych w obliczeniach w ym iany ciepła w kom orze spalania.
W badaniach g łów ną uw agę poświęcono energetycznym param etrom procesu przyjm ując ja k o podstaw ę zapew nienie dobrego w ypalania paliw a i n iską emisję zanieczyszczeń
O trzym ane rezultaty w skazują na potrzebę stosowania, przy doborze optym alnych param etrów pracy palników olejow ych, dodatkow ego kryterium uw zględniającego zdolności prom ieniste uzyskiw anego płom ienia. D aje to szansę osiągnięcia odpow iednio w ysokiego poziom u efektu energetycznego w obrębie kom ory spalania.
W badaniach używ ano trzech rozpylaczy: jednego typu ciśnieniow ego oraz dwóch rozw iązań rozpylaczy dw uczynnikow ych. Badano w pływ param etrów spalania na podstaw ow e param etry płom ieni olejow ych, takie jak: tem peratura, rozm iary, em isyjność, koncentracja sadzy oraz strum ień ciepła przekazyw anego do ścian komory.
Badania w ykazały, że przebieg zjaw isk zachodzących w czasie procesu spalania oleju za pom ocą palników oraz w ystępujące zależności są różne, gdy palniki w yposażone są w rozpylacze różnego typu i konstrukcji. Podstaw ow e znaczenie m a tu sposób oddziaływ ania poszczególnych param etrów substratów na dw a procesy: rozpylania paliw a oraz intensyw ność reakcji spalania, a to je s t ściśle zw iązane z k onstrukcją rozpylacza.
W badaniach zasadniczych, w ykonanych przy użyciu rozpylacza dwuczynnikow ego, skoncentrow ano się na określeniu m ożliw ych do uzyskania przedziałów w artości param etrów płom ieni olejow ych, przy których zachodzi popraw ne w ypalanie paliw a, ale równocześnie obserw uje się zróżnicow anie skutków energetycznych w ystępujących w kom orze spalania w efekcie oddziaływ ania tych płom ieni. Stwierdzono, że za pom ocą param etrów rozpylania oraz param etrów pow ietrza do spalania m ożna istotnie w pływ ać na w artości param etrów otrzym yw anego płom ienia, a skutkiem tego je st w yraźne zróżnicow anie sprawności procesu przekazyw ania ciepła na drodze prom ieniow ania w obrębie komory spalania. W arunki cieplne panujące w kom orze spalania rów nież w yw ierają istotny w pływ na uzyskiw ane efekty spalania oleju.
W zakresie przeprow adzonych badań oceniono, że niezależne od siebie efekty energetyczne będące rezultatem odpow iedniego doboru zarówno param etrów rozpylania, jak i spalania paliw a ciekłego m o g ą w stanach ustalonych komory spalania, osiągać poziom kilkunastu %, a w nieustalonych procesach nagrzew ania są w yższe i sięgają poziom u 30% (tu analizow ano tylko w pływ param etrów rozpylania).
W yższe efekty energetyczne uzyskuje się w kom orze spalania w ów czas, gdy płom ień
|i
pozostałych dw óch param etrów . D latego też o kierunku zm ian em isji prom ieniow ania płom ienia decyduje kierunek zm ian em isyjności i rozm iarów płom ienia.
Z tego punktu w idzenia nie je s t zatem celow e stosowanie zbyt drobnego rozpylenia paliw a, gdyż prow adzi to do w zrostu intensyw ności procesu spalania, którego skutkiem jest w zrost tem peratury płom ienia i obniżenie intensyw ności w ym iany ciepła w kom orze spalania.
Do szczególnie, oryginalnych osiągnięć pracy należy zaliczyć:
• w ykonanie badań eksperym entalnych, obejm ujących szeroki zakres param etrów , dla licznych grup płom ieni olejow ych uzyskiw anych przy zastosow aniu różnych typów rozpylaczy; identyfikacja w ystępujących praw idłow ości, ich analiza i interpretacja,
• w ykazanie m ożliw ości i w yjaśnienie przyczyn w ystępow ania odm iennego charakteru w pływ u param etrów pow ietrza w entylatorow ego i pow ietrza sprężonego (rozpylające
go) na tem peraturę uzyskiw anego płom ienia przy różnych konstrukcjach rozpylaczy paliw a, radiacyjnych płom ieni oraz zakresu praktycznie m ożliw ego w pływ u na ich wielkość,
• przeprow adzenie oceny efektów energetycznych zm ian intensyw ności radiacyjnej w ym iany ciepła w kom orze spalania spow odow anych zastosow aniem zróżnicow anych param etrów rozpylania i spalania paliw a; sform ułow anie postulatu uw zględniania zdolności radiacyjnych płom ienia przy doborze param etrów pracy palnika olejowego,
• przeprow adzenie badań em isyjności płom ieni olejow ych w aspekcie uszczegółow ienia danych dotyczących w zoru na em isyjność zawiesiny sadzy w gazie; określenie zakresu wartości stałej uw zględniającej w łasności optyczne sadzy oraz jej zw iązku z tem p eratu rą gazu,
• dopracow anie m etodyki pom iaru zawartości sadzy w ew nątrz obszaru płomienia;
przeprow adzenie odrębnych badań nad doborem odpow iedniego m ateriału na filtry.
Z aprezentow ane w pracy badania przeprow adzono przy użyciu konkretnych rozw iązań rozpylaczy, na stanow iskach laboratoryjnych, stosując jako paliw o olej napędowy.
Te w arunki badaw cze stanow ią naturalne ograniczenie dla pełnej uniwersalności stw ierdzonych praw idłow ości, zw łaszcza jeżeli chodzi o ich zastosow anie do palników o calculations. Trans. A SM E C, J. Heat Transfer, 91,1969,100-104.
17. D raper N .R ., Sm ith H.: A naliza regresji stosowana. PW N, W arszawa 1973.
18. D ugue J., W eber R.: Laser velocim etry in sem i-industrial natural gas, oil and coal flames by m eans o f a w ater-cooled LDV probe. 6-th Intern. Symp. on Appl. o f Laser in A nem om etry in Fluid M echanics, Lisboa 1992.
19. Feath G.M .: Evaporation and com bustion o f sprays. Progr. in Energy and Comb. Sc., 9,
24. G ollahalli S.R., N asrullah M .K., Bhashi J.H.: Com bustion a n d em ission characteristics o f spalania ciężkich paliw ciekłych. Patent N r 155391, UP RP 31.01.1992.
40. K ochel Z., Z ieliński Z., Zajdel A.: Palnik do spalania paliw ciekłych. Patent N r 155719 hydrocarbon flam es. Fuel Proc. Technol., 27, 1991, 215-233.
46. K w aśny J.: B adanie płom ienia olejow ego o rozpylaniu ciśnieniow ym . Praca magisterska, industrial oil and gas flames. IFRF M em bers Conference, Ijm uiden 1969.
51. Low es T.M ., N ew all A.J.: The em issivities o f flame soot dispersions. Comb, and Flame, ciekłego. P raca doktorska, AGH, Kraków 1996.
69. Selęuk N.: Evaluation o f m ulti-dim ensional flux models for radiative transfer in
73. Skorek J., Zajdel A.: A pplying inverse technique for e stim ^ io n o f the therm al effects o f
79. Szlęk A.: Eksperym entalno-teoretyczne badania nad em isją tlenku azotu podczas spalania oleju. Praca doktorska, Pol. Śl., G liw ice 1994. w ielopierścieniow ych w ęglow odorów arom atycznych podczas spalania oleju. Konf. nt.
N iskociśnieniow e techniki spalania, Polski Komit. Bad. Płom ieni, U stroń 1996.
90. W ilk R., Szlęk A ., Z ieliński Z.: O graniczenie em isji tlenków azotu i w ielopierścieniow ych substratów n a zapłon strugi paliwa płynnego oraz charakterystyki płom ieni olejowych.
B adanie w p ły w u w łasności radiacyjnych płom ienia na przenoszenie energii drogą
103.Zajdel A.: W pływ konstrukcji olejow ego palnika gazodynam icznego na parametry płom ienia. X V Z jazd T erm odynam ików , Pol. Śl., G liw ice-K okotek 1993.
104.Zajdel A ., K ochel Z., Zieliński Z.: Opracow anie m ożliw ości prow adzenia procesów rozpylania i stabilizacji spalania w kotłach SR-403 Elektrowni Siersza z w ykorzystaniem niskociśnieniow ych palników m azutow ych o rozpylaniu parow ym lub pow ietrznym . energetycznych, TEM PU S SJEP-07397-94, G liw ice-N iedzica 1996.
108.Zajdel A ., S korek J.: O cena w pływ u param etrów rozpylania na zużycie paliw a ciekłego gazodynam icznych. II Symp. PTM TS „Zagadnienia Energetyczne w M echanice”, Szczyrk 1989.
1 12.Zieliński Z ., K ochel Z., Zajdel A.: U rządzenie do spalania ciężkich paliw ciekłych. Patent nr 155874, UP RP 31.01. 1992.
BADANIA W ŁASNOŚCI ORAZ PARAMETRÓW PŁOM IENIA