2.3.3 动态条件云雾抛撒过程形状与浓度分布特征
总结动态条件下50 kg和500 kg燃料抛撒过程中浓度分布的变化过程可以看出,云团中较高浓度区域大致经历了由倒V字形或者伞形转变为盆状或者V字形,最终变成漏斗状的过程。初始落速越大,抛撒初期形成的云雾“伞”越尖,而抛撒后期形成的云雾“漏斗”的上开口便越小,“漏斗径”越长。最佳的云雾起爆时机应该为云雾由伞状向漏斗状过渡的时期。
2.3.3.1 初始静态条件下高速云雾浓度沿径向分布特征
在云爆燃料抛撒过程中,云雾可以根据其浓度分布划分为三个区域:云雾中心高浓度区、近场云雾低浓度区以及远场云雾高浓度区。
在云雾中心高浓度区(50 kg、100 kg云团径向半径约1 m范围内,250 kg、500 kg云团径向半径约2 m范围内)由于抛撒过程中的回流作用聚集大量的燃料,尽管部分燃料沿中轴线向上形成了射流,大部分燃料依然聚集在此处,形成了一个浓度峰值区,综合分析图2-18(a)、(b)、(c)、(d)可以看出,似乎随着燃料量的增加,在中心区浓度逐渐下降并且衰减速度越来越快。
图2-19 初始静态条件下不同时刻高速云雾浓度沿径向分布
(a)50 kg燃料;(b)100 kg燃料;(c)250 kg燃料
图2-19 初始静态条件下不同时刻高速云雾浓度沿径向分布(续)
(d)500 kg燃料
在云雾抛撒过程中,部分燃料由于回流作用被推回了云雾中心,更多的燃料获得了中心载荷较大的驱动力而沿着径向不断向外扩张;扩张的过程中空气阻力使得越来越多的颗粒停滞,停滞在扩张途中的燃料颗粒构成了近场云雾低浓度区,凭借惯性继续向外扩张的燃料颗粒则组成了远场云雾高浓度区。事实上,随着时间的推移,越来越多的燃料颗粒被空气阻力所阻滞,在云雾抛撒的过程中,近场云雾低浓度区域的范围不断扩大,而远场云雾高浓度区域内部的燃料则越来越少,浓度越来越低,随着时间的推移最终两个浓度区域合成为一个较低浓度区域。
2.3.3.2 动态条件下高速云雾浓度沿径向分布特征
云雾在动态条件下的浓度分布与静态条件下较为类似,依然可以将整个云团分为静态条件下相一致的三个区域,区别仅在于动态条件下中心高浓度区域内部的云雾浓度同静态条件下相比有了显著的下降,在云雾中心起爆具备可能性。
综合分析图2-20(a)、(b)、(c)、(d),可以看出动态条件下近场低浓度区域内部的燃料浓度与静态条件下相比偏低,在云雾边缘附近的远场高浓度区域内,在所取时刻监测到的云雾浓度还是较高的;尤其是在初始落速较大的条件下,远远大于燃料的当量浓度,无论是对于云雾的可靠起爆还是从燃料充分利用的角度考虑都是较为不利的,因此在动态条件下适当增大中心载荷,使得在合适的点火时机云雾内部也有较为理想的浓度分布。
图2-20 不同初始落速条件下不同时刻高速云雾浓度沿径向分布
(a)50 kg燃料;(b)100 kg燃料;(c)250 kg燃料;(d)500 kg燃料