Una volta stabilito il rapporto O/F dei singoli bruciatori alle varie condizioni operative si `e voluto analizzare anche la tipologia di flusso in uscita dai bruciatori stessi, in particolar modo valutare il valore e l’andamento delle altre componenti di velocit`a del flusso (radiale e tangenziale) e l’indice di mescolamento del flusso stesso.
8.4.1 Componenti di velocit`a radiali e tangenziali
Si riportano di seguito l’andamento qualitativo delle componenti radiali e tangenziali per i due bruciatori indagati (per la componente radiale solo bruciatore Tipo 1). Si sono presi, a titolo di esempio, i risultati ottenuti da alcune prove effettuate con portate uguali o molto vicine al PCI.
Velocit`a radiale
Figura 8.24: Profilo di velocit`a radiale a portata 3.5 Nl/min (aria/aria) bruciatore Tipo 1. Come si pu`o osservare in (fig.8.24), nel bruciatore Tipo 1, la velocit`a radiale alle estremit`a risulta essere nulla; lo stesso nella posizione centrale data la simmetria del flusso in uscita; il profilo della velocit`a radiale indica quindi un componente di velocit`a direzionata verso l’esterno del condotto di uscita; ci`o sta ad indicare come il flusso in uscita dall’iniettore, richiamando aria, inizi ad espandere e ad aumentare il diametro del getto.
Velocit`a tangenziale
In (fig.8.25 e fig.8.26) si sono riportati i profili di velocit`a tangenziale per i due bruciatori.
Figura 8.25: Profilo di velocit`a tangenziale a portata 3.5 Nl/min (aria/aria) bruciatore Tipo 1.
La velocit`a tangenziale risulta pressoch`e nulla rispetto alla velocit`a di uscita del flusso (' 7 m/s); al pi`u si pu`o notare un leggero effetto swirl in direzione oraria.
Figura 8.26: Profilo di velocit`a tangenziale a portata 3.75 Nl/min (PCI) (aria/aria) bruciatore Tipo 2.
Anche per il bruciatore Tipo 2 la componente tangenziale `e trascurabile rispetto a quella assiale (' 2.5 m/s).
8.4.2 Indice di turbolenza media
Si `e voluto quindi analizzare l’indice di mescolamento della miscela in uscita dal miscela- tore; per ottenere questo valore si `e utilizzata la σ delle velocit`a acquisite durante la prova. La σ rappresenta infatti la fluttuazione della velocit`a nel tempo rispetto al valore medio puntuale e quindi un indice dell’incompleto scambio di quantit`a di moto dal getto al flusso aspirato.
Si `e quindi calcolato il valore di σ totale, somma delle due componenti di velocit`a disponibili (BSA1 e BSA2) come:
σ2 = σBSA12 + σ2BSA2 (8.1) si `e poi calcolato l’integrale di σ2 assunto come rappresantativo del valor medio sull’intera sezione di uscita del miscelatore (Aout):
σmedia= 2π Aout Z R 0 σ2r dr → 2π Aout N X 1 σ2r∆r (8.2)
Definendo la velocit`a media dell’intero flusso a partire dalla portata effettiva: ¯
U = Q Aout
(8.3) si pu`o definire un’intensit`a di turbolenza media:
Imedia=
σmedia
¯
U (8.4)
Si riportano di seguito i risultati ottenuti per i due diversi bruciatori. Bruciatore Tipo 1
In (fig.8.27) si riportano gli andamenti della σ di entrambe le velocit`a misurate (assiale, radiale) divise per il valore di velocit`a media in uscita; si `e deciso di riportare a titolo di esempio i risultati ottenuti per le prove con metano/aria alla portata corrispondente al PCS (4.28 Nl/min).
Figura 8.27: Profilo della deviazione standard delle velocit`a, bruciatore Tipo 1, metano/aria, 4.28 Nl/min (PCS).
Prova Indice di turbolenza media metano/aria (PCS) 0.821
metano/aria (PCI) 0.792 aria/aria (PCS) 0.856 aria/aria (PCI) 0.913
Tabella 8.9: Valori dell’indice di turbolenza media bruciatore Tipo 1.
Come si pu`o osservare l’indice di turbolenza media `e molto elavato e sta ad indicare come il flusso sia ancora molto turbolento a causa di un non completo mescolamento fra i due flussi, probabilmente a causa di un condotto di mescolamento troppo corto.
Bruciatore Tipo 2
Si riportano di seguito (fig.8.28) gli andamenti della σ di entrambe le velocit`a misurate (assiale, tangenziale) divise per il valore di velocit`a media in uscita; anche in questo caso si `e deciso di riportare a titolo di esempio i risultati ottenuti per le prove con metano/aria alla portata corrispondente al PCS (4.28 Nl/min).
Figura 8.28: Profilo della deviazione standard delle velocit`a, bruciatore Tipo 2, metano/aria, 4.28 Nl/min (PCS).
Anche in questo caso l’indice di turbolenza media `e abbastanza elevato, probabilmente a causa di un non completo mescolamento fra metano e aria come visto prima, ma anche a causa dalla disuniformit`a del flusso in uscita dal bruciatore dovuto al condotto di mescolamento a 90◦.
Prova Indice di turbolenza medio metano/aria (PCS) 0.685
metano/aria (PCI) 0.704
Tabella 8.10: Valori indice di turbolena media bruciatore Tipo 2.
Tuttavia si pu`o vedere come i risultati ottenuti per il bruciatore Tipo 2 sono leggermente inferiori rispetto a quelli del Tipo 1, indice di come il flusso risulti essere meno turbolen- to; una riduzione dell’indice di turbolenza media deve quindi essere dovuta ad un migliore
mescolamento dei due flussi, in quanto la presenza del condotto a 90◦ porta sicuramente un aumento di turbolenza. Si `e passato quindi al calcolo dell’indice di mescolamento medio.
8.4.3 Indice di mescolamento medio della miscela in uscita
Questo secondo metodo per determinare l’indice di mescolamento del condotto del Ventu- ri consiste nel determinare pi`u semplicemente media e deviazione standard dell’insieme delle velocit`a medie misurate in una prova; in questo modo `e possibile determinare quanto le sin- gole misure si discostino dal valore medio delle velocit`a medie; in particolar modo si assumer`a come indice di mescolamento il rapporto σµ cio`e fra deviazione standard cosi calcolata e la media delle medie.
La media delle medie `e stata calcolata come: µ = 1 n n X i=1 xi
dove n `e il numero di misure effettuate e xi il valore delle singole misure; per la deviazione
standard invece si `e utilizzata la seguente espressione: σ =
r Pn
i=1(xi− µ)2
n Si riportano di seguito i risultati per i due bruciatori: Bruciatore Tipo 1
Prova Indice di mescolamento medio metano/aria (PCS) 0.229
metano/aria (PCI) 0.213 aria/aria (PCS) 0.243 aria/aria (PCI) 0.206
Tabella 8.11: Valori indice di mescolamento medio bruciatore Tipo 1.
Bruciatore Tipo 2
Prova Indice di mescolamento medio metano/aria (PCS) 0.082
metano/aria (PCI) 0.076
Tabella 8.12: Valori indice di mescolamento medio bruciatore Tipo 2.
Si pu`o osservare come il bruciatore Tipo 2 abbia un indice di mescolamento medio inferiore rispetto al Tipo 1; questo risultato sta ad indicare che nel bruciatore Tipo 2 la differenza di velocit`a dei singoli punti rispetto alla media delle velocit`a medie sia inferiore, e che quindi il getto complessivo risulti essere nel complesso pi`u uniforme, senza eccessivi picchi di velocit`a.