P u n k t P ło m ie ń 7 P ło m ie ń 8 P ło m ień 9 P ło m ień 10 P ło m ień 11 P ło m ień 12 pom . T e m p . O p ro m . T em p . O p ro m . T em p . O p ro m . T em p . O prom . T e m p . O p ro m . T em p . O prom .
ścia n ścia n ścian ścian ścian ścian ścian ścian ścian ścian ścian ścian
N r К k W /m 1 К k W /m } К kW /т 2 К k W /m 2 K kW /m 2 К kW /m 2
1 1118 105.95 1092 9 7 .6 4 1072 9 0 .5 0 1061 8 8 .24 1052 85.28 1048 80.43
2 1131 108.01 1112 9 9 .2 0 1091 9 2 .6 0 1087 8 9 .64 1077 8 7 .0 9 1072 8 2 .5 6
3 1137 108.32 1117 100.03 1096 9 3.82 1093 9 0 .5 2 1085 8 7 .3 0 1080 84.27
4 1143 106.65 1120 9 9 .05 1106 94.01 1102 90.53 1094 88.31 1089 8 5 .97
5 1147 104.46 1125 9 7 .4 4 1119 9 3 .5 0 1113 9 0 .9 4 1107 8 8 .0 0 1102 87.15
6 1136 102.97 1112 9 6 .45 1104 9 2 .9 6 1097 9 0 .82 1094 8 8 .42 1090 8 8 .62
7 1168 101.56 1149 9 5 .45 1137 9 2 .3 9 1130 9 0 .7 6 1126 89.41 1121 89.21
8 1161 9 9 .8 5 1146 9 3 .7 6 1132 9 1 .7 6 1126 9 0 .5 7 1122 9 0 .0 3 1116 9 0 .27
9 1126 98.71 1108 9 2 .6 7 1097 9 1 .2 9 1087 9 0 .4 7 1080 9 1 .0 8 1074 9 1.08
10 1120 1103 1092 1982 1076 1071
Zestawienie4.1. Wartości temperatury(K) zmierzonewewnątrz płomieni 7-12 Specification4.1.Values oftemperature(K) inside the flames 7-12
PŁO M IEŃ NR 8 PŁO M IEŃ NR 9
0.00 0.01 0.09 0.18 0.26
0.09 212 87
0.10 m
0.26 0.37 0.41 0.445 m 0.00 0.02 0.08 0.14 0.20 0.27 0.34 0.385 m 0.00 0.03 0.07 0.13 0.17 0.23 0.29 0.32 m
4562 2886 436 72 o ś p ło m . 0.00 7567 6480 4088 2246 1179 431 83 0.00 4876 3394 2437 1655 854 412 47
4272 2671 319 0.02 7288 5808 3560 2058 1065 316 0.02 4429 2973 1910 1412 814 384
3692 1724 184 0.04 3801 3149 2095 1187 917 281 0.04 1954 1654 1031 784 621 350
3034 862 0.06 1423 1636 1040 733 458 230 0.06 94 905 797 433 332 58
0.07 116 68 0.07 102 83
1186 23 0.08 123 33 0.075 m 76 19
89 0.087 m 83 79
52
PŁO M IEŃ NR 10 PŁOM IEŃ N R 11 PŁO M IEŃ N R 12
Lhto
0.055
0.06 134 74
0.065 m 48 42
0.22 0.26 0.29 m 0.00 0.02 0.06 0.12 0.18 0.24 0.27 m 0.00 0.02 0.06 0.12 0.17 0.23 0.26 m
677 320 62 0.00 2457 1722 1388 694 382 58 0.00 1711 1239 1002 704 357 38
667 247 0.02 2285 1573 1276 688 332 0.02 1651 1140 906 599 273
479 230 0.04 1257 974 845 574 129 0.04 934 718 816 256 29
28 0.053 97 41 0.05 71 63
0.06 84 31 0.055 m 38 72
51 0.065 m 27
Z estaw ienie 4.2. W artości koncentracji sadzy (m g/m 3) zm ierzone w ew nątrz płom ieni 7-12 Specification 4.2. V alues o f soot concentration (m g/m 3) inside the flam es 7-12
P Ł O M I E Ń 7 P Ł O M I E Ń 8
0 .0 0 0 0 .0 8 0.22 0 .3 8 0 .5 2 0.68 0 .8 2 0 .9 8 1.05 m 0 .0 0 0 0.06 0 .2 0 0 .3 2 0 .4 6 0 .64 0.78 0.96
0 .0 0 1254 1181 1124 1090 0 .0 0 1425 1279 1165 1120
0 .0 5 0.05
0 .1 0 1245 1176 1115 1086 0.10 1321 1235 1148 1117
0 .1 5 1218 1257 1278 1231 1165 1107 1085 0 .15 1209 1255 1287 1251 1191 1131 1115
0 .2 0 1193 1231 1251 1211 1152 1098 1083 0 .2 0 1184 1224 1260 1221 1174 1127 1110
0.25 1174 1208 1210 1165 1139 1092 1082 0.25 1167 1195 1219 1180 1157 1122 1104
0 .3 0 m 1152 1167 1179 1147 1108 1084 1079 0 .3 0 m 1145 1164 1173 1156 1130 1118 1100
P Ł O M I E Ń 9 P Ł O M I E Ń 10
0 .0 0 0 0.0 8 0.24 0 .4 0 0 .5 2 0.68 0 .8 2 0 .9 8 1.05 m 0 .0 0 0 0.08 0 .2 2 0.38 0 .5 2 0 .6 8 0 .8 2 0 .9 8
0 .0 0 1502 1435 1288 1182 1136 0 .0 0 1577 1441 1295 1198 1146
0 .0 5 0.05
0 .1 0 1342 1326 1250 1165 1130 0 .1 0 1195 1284 1353 1334 1260 1178 1137
0 .1 5 1200 1253 1292 1258 1202 1148 1126 0.15 1194 1252 1298 1262 1210 1160 1132
0 .2 0 1177 1215 1266 1223 1180 1141 1118 0 .2 0 1173 1208 1268 1225 1182 1149 1123
0 .2 5 1161 1184 1224 1186 1166 1133 1114 0.25 1157 1171 1225 1188 1169 1140 1120
0 .3 0 m 1142 1159 1169 1162 1143 1127 1110 0 .3 0 m 1140 1156 1166 1166 1152 1132 1116
P Ł O M I E Ń 11 P Ł O M I E Ń 12
0 .0 0 0 0 .0 7 0 .1 9 0.35 0 .4 9 0.65 0.81 0 .9 7 1.05 m 0 .0 0 0 0.07 0 .1 9 0.33 0 .4 9 0.65 0.81 0 .9 7 1
0 .0 0 1622 1484 1308 1218 1154 0 .0 0 1678 1545 1318 1227 1162
0 .0 5 0.05
0 .1 0 1196 1282 1378 1356 1279 1191 1142 0 .1 0 1191 1279 1416 1371 1288 1197 1159
0 .1 5 1190 1250 1300 1274 1218 1170 1137 0.15 1187 1250 1299 1277 1223 1175 1143
0 .2 0 1171 1207 1270 1225 1187 1156 1130 0 .2 0 1169 1205 1271 1226 1191 1161 1134
0 .2 5 1155 1167 1227 1190 1174 1148 1124 0.25 1152 1167 1229 1191 1177 1153 1128
0 .3 0 m 1138 1154 1164 1168 1158 1141 1121 0 .3 0 m 1137 1152 1162 1167 1163 1146 1125
Z estaw ienie 4.3. W artości tem peratury (K ) zm ierzone w ew nątrz komory spalania dla przypadków płom ieni 7-12 S pecification 4.3. V alues o f tem perature (K.) inside com bustion cham ber for cases o f the flam es 7-12
W tablicy 4.3 nie zam ieszczano w yników pom iarów ły c h param etrów , które były m ierzone w je d n y m punkcie pom iarow ym , ja k np. tem peratura spalin na w ylocie komory spalania. R ezultaty ty c h pom iarów zestaw ione są w tablicach, w których zam ieszczono w yniki uśrednione.
4.3.2. W yn ik i uśredn ione zm ierzonych param etrów
N a podstaw ie w ykonanych pom iarów , zaprezentow anych w rozdziale 4.3.1 na przykładzie serii płom ieni 7-12, w yznaczono uśrednione w artości param etrów w szystkich badanych płom ieni.
Przy w yznaczaniu średnich w artości param etrów płom ienia zakładano je g o osiow ą sym etrię, natom iast przy w yznaczaniu średnich w artości param etrów dotyczących ścian kom ory przyjm ow ano jednakow e w artości tych param etrów w przekrojach poprzecznych kom ory. W yznaczone średnie s ą średnim i w ażonym i.
Przy obliczaniu średnich w artości tem peratury i gęstości oprom ieniow ania w e
w nętrznej pow ierzchni ścian kom ory w agam i były udziały pow ierzchni elem entów różnico
w ych w całkow itej pow ierzchni ścian. Z kolei w agam i przy w yznaczaniu średnich wartości:
tem peratury płom ienia, koncentracji sadzy w płom ieniu oraz tem peratury gazów spalinow ych w kom orze spalania poza płom ieniem były udziały objętościow e elem entów podziału różnicow ego analizow anego obszaru w ynikającego z rozm ieszczenia punktów pom iarow ych danego param etru.
Średnie w artości tem peratury płom ienia oraz spalin w kom orze i ścian kom ory zostały obliczone w edług zależności
r * = , ( 4 . i )
gdzie: aj - odpow iednie w agi, a T, - w artości tem peratury zm ierzone w i-tym elemencie.
Taki sposób obliczania średniej tem peratury został przyjęty z pow odu w ykorzystyw ania w yznaczonych w artości w obliczeniach prom ienistej w ym iany ciepła w kom orze spalania prezentow anych w dalszej części pracy. Strum ień energii prom ienistej jest proporcjonalny do czw artej potęgi tem peratury bezwzględnej danego ciała. Zatem aby zastępczy strum ień ciepła em itow anego przez obiekt o w yrów nanej, uśrednionej tem peraturze był rów ny sum ie strum ieni em itow anych przez poszczególne elem enty tego obiektu posiadające ró ż n ą tem peraturę, należy tę uśrednioną tem peraturę obliczyć w wyżej podany sposób.
Z ew n ętrzn ą pow ierzchnię płom ienia w yznaczano w sposób om ów iony w rozdziale 4.2.4. B ryłę płom ienia podzielono poprzecznie na cylindryczne elem enty o różnych średnicach i długościach, których rozm iary określano podczas pom iaru tem peratury.
P ow ierzchnię płom ienia obliczano za p om ocą zależności
Ff = 7 i[x 2 r iAxi +rk2
V i=l y
(4.2)
gdzie: ru r* - prom ień i-tego elem entu cylindrycznego oraz kołowej pow ierzchni końcowej danego płom ienia, a Ax, długość i-tego elementu.
N a przykład, dla p łom ienia 9 liczba elem entów podziału poprzecznego płom ienia n= 6, natom iast w artości prom ieni r, i r^ oraz długości Axi są równe odpowiednio:
ri = 0.065 m, Axi = 0.05 m, r2 = 0.070 m, Ax2 = 0.05 m, r3 = 0.074 m, Ax3= 0.05 m,
U = 0.075 m, Ax4= 0.05 m.
rs = 0.070 m, Ax5 = 0.06 m,
r6 = 0.065 m, Ax6 = 0.06 m,
rk= 0.060 m.
C ałkow ita długość płom ienia w ynosi lf = Z Ax, = 0.32 m , a pow ierzchnia zewnętrzna w yliczona w edług w zoru (4.2) w ynosi Ff = 0.1514 m 2 .
W tablicach 4.4-4.7 zestaw iono rezultaty obliczeń uśrednionych param etrów dla czterech badanych serii płom ieni.
D la drugiej, trzeciej i czwartej serii pom iarowej nie podano w tabelach rezultatów pom iarów udziałów głów nych składników spalin na w ylocie z komory spalania. Pomiary te nie w ykazyw ały bow iem istotnych różnic, które byłyby charakterystyczne dla poszczegól
nych w ariantów płom ieni. B yły to raczej w ahania w okół wartości średniej. M ożna zatem przyjąć, że skład spalin opuszczających kom orę był we w szystkich tych przypadkach płom ieni jednakow y, a udziały objętościow e składników spalin suchych w ynosiły: O2 = 3.7%, CO 2 =12.8% , N 2 =83.5% .
Podane w tablicach 4.4, 4.5 i 4.7 wartości udziałów objętościow ych N O w spalinach suchych na w ylocie z kom ory są w artościam i przeliczonym i na 3% udział tlenu.
4.4. Błędy pomiarowe
4.4.1. Param etry substratów spalania
Stosunek nadm iaru pow ietrza
W artość stosunku nadm iaru pow ietrza w yliczana je st z zależności:
V + V
X = r -* ■, (4.3)
min
gdzie: V ami„ , V aw, V ar - odpowiednio: m inim alne zapotrzebowanie oraz rzeczyw isty stru
m ień pow ietrza w entylatorow ego i rozpylającego, natom iast P - strum ień spalanego paliwa.
B łąd (niedokładność bezw zg lęd n ą złożoną niepew ność standardow ą) AX wyznaczenia stosunku nadm iaru pow ietrza m ożna oszacować na podstaw ie praw a propagacji błędów [21, 77, 95]. D la rów nania (4.3) otrzym uje się wówczas:
Wyniki pomiarówi obliczeńuśrednionychwartości parametrówpłomieni 1-ejseriipomi;
Temp. nawyl. kom. К 1098 1102 1106 1110 1112 1094
Temp. spalin w kom. K 1155 1158 1165 1173 1180 1173
Gęst. oprom. śc.kom. kW/m2 109.72 107.53 96.70 6816 1698 82.98
W yniki pom iarów i obliczeń uśrednionych w artości param etrów płom ieni drugiej serii pomiarowej W yniki pom iarów i obliczeń uśrednionych wartości param etrów płom ieni trzeciej serii
pomiarowej
t
i
T ablica 4.7 W yniki pom iarów i obliczeń uśrednionych w artości param etfów płom ieni czwartej serii
pomiarowej praw a przenoszenia błędów w ykorzystując zależności używ ane do ich w yznaczenia:
7thpnd 7 PN -93/M -53950/01 dotyczącą pom iarów strum ieni płynów za pom ocą zw ężek pom iarowych.
Błąd AV„ strum ienia pow ietrza rozpylającego w yznaczono za p o m o cą praw a przenoszenia błędów zastosow anego do w ykorzystyw anej zależności przeliczeniow ej:
PnTw( T ^
Błąd w yznaczenia średniej średnicy Sautera zbioru kropel otrzym anych po rozpyleniu paliw a je s t trudny do oszacowania, gdyż składają się na niego: błąd samej metody
60
zapew niający reprezentatyw ność. Z inform acji podanych w [57] w ynika, że przy liczebności analizow anej próbki rzędu 1500 kropel dokładność w yznaczania średnicy Sautera, w obszarze pew ności 95% , w ynosi około 10%. N atom iast w obec braku obiektyw nych w skazań odnośnie do sposobu poboru próbki, przy różnych typach i rozm iarach rozpylaczy, duży w pływ na w artość błędu, ja k i tu m ożna popełnić, m a dośw iadczenie prow adzącego pom iar.
R easum ując, m ożna ocenić, że przy zastosowanej m etodzie i sposobie pom iaru błąd w yznaczenia średnicy S autera m oże być rzędu 20%.
4.4.2. P aram etry w kom orze spalania
Tem peratura ścian kom ory
P om iar tem peratury ścian prow adzono za pom ocą term opary płaszczow ej N iCr-Ni podłączonej do m ultim etru cyfrow ego, którego dokładność pom iaru w ynosi ± 0 .01% wartości m aksym alnej podzakresu. O dczytów dokonyw ano na podzakresie 100 m V o rozdzielczości 0.01 mV. T erm oelem ent N iC r-N i m a niem al stałą charakterystykę te rm o m etry c zn ą w której 1 m V odpow iada 25 K. B łąd pom iaru w ynosi zatem
ATW = (0.0001 x 100 + 0 .0 1 )x 2 5 = 0.5 K.
Tem peratura płom ien ia
Pom iar tem peratury w płom ieniu prow adzono za pom ocą term opary PtR h-Pt oraz m iernika o zakresie 1600°C, którego dokładność w ynosi 0.15% w artości m aksym alnej, natom iast rozdzielczość odczytu 1 K. Z atem błąd pom iaru wynosi:
ATf = 0 .0 0 1 5 x 1 6 0 0 + 1 = 3 .4 K.
O prom ieniow anie ścian
G ęstość oprom ieniow ania m ierzono przy użyciu radiom etru całkow itego prom ieniow ania, którego dokładność pom iaru je s t rzędu 3% w artości padającego strum ienia ciepła. O dczytu dokonyw ano na m ułtim etrze cyfrow ym o dokładności pom iaru
± 0.01% m aksym alnej w artości podzakresu. W pom iarach stosow ano zakres 10 m V o rozdzielczości o dczytu 0.001 mV. C zujnik radiom etru posiada liniow ą charakterystykę, w której 1 m V odpow iada strum ień ciepła rów ny 64 kW /m 2. B łąd pom iaru w ynosi zatem:
Agw = 0.03gw + (0.0001 x 10 + 0 .0 0 1 )x 6 4 = (0.03gw + 0.128) kW /m 2.