Modelluntersuchungen über Erdgasbrenner für Wannenöfen

Abstract

Natural gas and coke oven gas are most frequently supplied through nozzles set in both side Walls of the port neck, their axes being set at about 45° to the main flow. Usually a single pair of burners is used but for natural gas several pairs of burners can be used. The jet of natural gas enters the air stream and bends round in the same direction. The individual streams, which penetrate right up to the middle of the air stream, produce a kind of eddy flow which gives rapid mixing. The mixing action in this type of port has not previously been investigated. By using tracers injected into a cold model the mixing of fuel in both time and space has been studied and the effects of design parameters especially nozzle diameter and angle of mounting investigated. In addition a hot wire probe and frequency generator allow the distribution of turbulent energy with frequency to be investigated and the degree of turbulence and characteristic turbulent length, i.e. vortex size, can be determined. High turbulence especially in eddy flow gives rapid mixing. The flame is very short if sufficiently small vortices can be produced. However, if it is desired to increase the luminosity of natural gas flame, larger vortices are better. Le gaz naturel et le gaz de fours à coke sont souvent conduits aux fours à bassin par des tuyères placées dans les deux parois latérales du col du bruleur. L'axe de ces tuyères forme avec la direction du courant principal un angle d'en-viron 45°. On utilise d'ordinaire deux tuyères par bruleurs; pour le gaz naturel cependant, il arrive que l'on monte plusieurs paires de tuyères. Les jets de gaz naturel pénètrent dans le courant d'air et sont donc progressivement orientés dans la direction prise par deluici. Les courants partiels qui atteignent le milieu du courant d'air produisent une sorte de courant de barrage qui accélère le mélange. L'effet de mélange de ce type de bruleur n'a jamais été étudié jusqu'ici. On suit, sur un modèle froid de courants et à laide de traceurs, l'évolution dans le temps et dans l'espace du mélange du combustible et l'influence qu'exercent sur ce mélange des paramètres de construction tels que le diamètre des tuyères et l'angle de montage. Une sonde à fil chauffant et un générateur de fréquences permettent d'étudier la répartition de l'énergie de turbulence dans le domaine de fréquences considéré, de manière à obtenir des données sur les degrés de turbulence et les dimensions des courants tourbillonnaires. Les niveaux de turbulence élevés qui règnent dans les jets et en particulier, dans les courants de barrage entrainent un mélange rapide. Les flammes sont particulièrement courtes en l'absence de tout courant tourbillonaire. Si l'on veut, par contre, améliorer le pouvoir éclairant des flammes de gaz naturel, des mouvements tourbillonnaires importants sont alors préférables. Erdgas und Koksofengas werden den Brennern der Glasschmelzwannen meistens durch Düsen zugeführt, die in die beiden Seitenwände des Brennerhalses eingebaut sind. Ihre Achse bildet mit der Hauptströmungsrichtung einen Winkel von etwa 45°. Meist wird ein Düsenpaar je Brenner benutzt, für Erdgas werden jedoch manchmal auch mehrere Düsenpaare verwendet. Die Erdgasstrahlen dringen in den Luftstrom ein und werden dabei allmählich in dessen Richtung umgelenkt. Die Teilströme, die bis zur Mitte des Luftstroms vordringen, erzeugen eine Art Staupunktströmung, die zu einer schnellen Vermischung führt. Bisher ist die Mischwirkung dieser Art von Brennern nicht untersucht worden. An einem kalten Strömungsmodell wird durch Beigabe von Spurenstoffen verfolgt, wie die Mischung von Brennstoff örtlich und zeitlich verläuft und wie sie durch konstruktive Parameter, insbesondere Düsendurchmesser und Anstellwinkel, beeinflußt werden kann. Außerdem wird mit Hitzdrahtsonde und Frequenzgenerator die Verteilung der Turbulenzenergie über den in Betracht kommenden Frequenzbereich untersucht in der Absicht, Auskunft über Turbulenzgrade und über turbulente Längenmaße, d. h. Wirbelgrößen, zu gewinnen. In der Verbrennungstechnik führen hohe Turbulenzgrade, wie sie in Strahlen und besonders in Staupunktströmungen herrschen, zu schneller Vermischung. Die Flammen werden besonders kurz, wenn gleichzeitig kleine Wirbel erzeugt werden. Will man aber die Leuchtkraft der Erdgasflammen verbessern, so sind große Wirbel günstiger.