CC BY
14
Wiktor Wgsika)
a The Main School of Fire Service / Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej Corresponding author / Autor korespondencyjny: [email protected]
Evaluation of the Parameters of the Dispersed Stream Generated by Various Types of Water Nozzles
Ocena parametrow strumieni rozpylonych wytwarzanych przez dysze wodne roznego typu
ABSTRACT
Purpose: The purpose of the research was to determine the parameters of the micro- and macro-structure of the streams generated by nozzles of different types, and to identify potential applications of the tested water nozzles, including firefighting and air pollution removal.
Project and methods: TF6 FCN, TF6 V, NF 15 and CW 50 water nozzles were tested. At supply pressures of 0.2 MPa, 0.4 MPa and 0.6 MPa, the basic parameters of micro- and macrostructure of the streams were measured and determined: flow rate, spray angle, mass distribution of liquid on the surface (spray intensity), non-uniformity of spray density distribution, and average droplet diameters and spray spectrum. A sputter spectrum analyser, using the photoelectric method, was used to determine the microstructural parameters of the stream.
Results: The tested nozzles generated dispersed streams with different parameters. Among the analysed nozzles, the highest degree of dispersion was obtained for the TF 6 FCN sample, whose average Sauter mean diameter (SMD) reached a value of 217.3 |_im. In comparison, for the NF15 nozzle, this parameter was 945 |_im. The spray spectra indicate a high homogeneity of water dispersion in the stream produced by the nozzles TF 6 FCN and CW 50. From the distribution of mass sprinkling density, the CW 50 nozzle shows the greatest uniformity of spraying. At the same time, however, it reports a small amount of water, since the value of the spray density for this product did not exceed 100 g/( m2 ■ s), while for the NF 15 nozzle it was more than 2,700 g/( m2 ■ s). The obtained spray angles were close to those declared by the nozzle manufacturer. In the tests of all samples, a slight effect of supply pressure on the values of this parameter was observed.
Conclusions: Among other things, the tests made it possible to conclude that in the range of supply pressures of 0.2^0.6 MPa, the values of disperse angle and spray area of the analysed nozzles were constant or the recorded differences were insignificant. In addition, it was determined that in the case of nozzles with full spray cones, an increase in supply pressure (within the range of declared operating values) has little effect on changing the parameters of the micro- and macro-structure of the stream. The conducted tests showed the potential use of two nozzles (TF6 FCN, CW 50) in low-pressure fog extinguishing systems producing fog with SMD droplet diameters > 200 |_im. For the absorption of hazardous substances, it is recommended to use nozzles with a large spray angle and a full spray cone, which, as tests have shown, produce uniform streams with small droplet diameters. Keywords: water nozzles, water spray, spray spectrum, mass spray density, water mist Type of article: original research article
Received: 17.04.2023; Reviewed: 08.05.2023; Accepted: 10.05.2023; Author's ORCID ID: 0000-0002-0934-3961;
Please cite as: SFT Vol. 61 Issue 1, 2023, pp. 32-52 https://doi.Org/10.12845/sft.61.1.2023.2;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.Org/licenses/by-sa/4.0/).
ABSTRAKT
Cel: Celem badan bylo okreslenie parametröw mikro- i makrostruktury strumieni wytwarzanych przez dysze röznego typu oraz wskazanie potencjalnych zastosowan badanych dysz wodnych, w tym do gaszenia pozaröw i usuwania zanieczyszczen z powietrza.
Projekt i metody: Badaniom poddano dysze wodne TF6 FCN, TF6 V, NF 15 oraz CW 50. Przy cisnieniu zasilania röwnym 0,2 MPa, 0,4 MPa oraz 0,6 MPa zmierzono i wyznaczono podstawowe parametry mikro- i makrostruktury strumieni: natçzenie przeplywu, kqt rozpylenia, rozklad masowy cieczy na powierzchni (intensywnosc zraszania), nieröwnomiernosc rozkladu gçstosci zraszania oraz srednie srednice kropel i widmo rozpylenia. Do okreslenia paramentöw mikrostrukturalnych strumienia zastosowano analizator widma rozpylenia, wykorzystujqcy metodç fotoelektrycznq. Wyniki: Badane dysze generowaly strumienie rozpylone o röznych parametrach. Wsröd analizowanych dysz najwiçkszy stopien dyspersji uzyskano dla pröbki TF 6 FCN, ktörej srednia srednica Sautera (SMD) dochodzila do wartosci 217.3 pm. Dla poröwnania w przypadku dyszy NF15 parametr ten wynosil 945 pm. Widma rozpylenia wskazujq na duzq jednorodnosc dyspersji wody w strumieniu wytworzonym przez dysze: TF 6 FCN i CW 50. Z rozkladu masowej gçstosci zraszania wynika, ze dysza CW 50 wykazuje najwiçkszq röwnomiernosc zraszania. Jednoczesnie podaje ona jednak malq ilosc wody, poniewaz
wartosc g^stosci zraszania dla tego wyrobu nie przekroczyla 100 g/(m2 ■ s), podczas gdy dla dyszy NF 15 wynosila ona ponad 2700 g/(m2 ■ s). Uzyskane kqty rozpylenia byly zblizone do deklarowanych przez producenta dysz. W badaniach wszystkich probek zaobserwowano niewielki wplyw cisnienia zasilania na wartosci tego parametru.
Wnioski: Przeprowadzone badania pozwolily stwierdzic m.in., ze w przedziale cisnien zasilania 0,2^0,6 MPa wartosci kqta rozpylenia oraz powierzchni zraszania analizowanych dysz byly stale lub zarejestrowane roznice byla nieznaczne. Dodatkowo ustalono, ze w przypadku dysz o pelnych stozkach zraszania wzrost cisnienia zasilania (w zakresie deklarowanych wartosci pracy) ma maly wplyw na zmian? parametrow mikro- i makrostruktury strumienia. Przeprowadzone badania wykazaly mozliwosci potencjalnego zastosowania dwoch dysz (TF6 FCN, CW 50) w niskocisnieniowych mglowych systemach gasniczych wytwarzajqcych mgl§ o srednicy kropel SMD > 200 |_im. Do celow absorpcji substancji niebezpiecznych rekomenduje si§ zastosowanie dysz o duzym kqcie rozpylenia i pelnym stozku zraszania, ktore - jak pokazaly testy - wytwarzajq jednorodne strumienie o malej srednicy kropel. Stowa kluczowe: dysze wodne, rozpylanie wody, widmo rozpylenia, masowa g^stosc zraszania, mgla wodna Typ artykutu: oryginalny artykul naukowy
Przyj?ty: 17.04.2023; Zrecenzowany: 08.05.2023; Zaakceptowany: 10.05.2023; Identyfikator ORCID autora: 0000-0002-0934-3961;
Prosz? cytowac: SFT Vol. 61 Issue 1, 2023, pp. 32-52, https://dol.Org/10.12845/sft.61.1.2023.2; Artykul udost^pniany na licencji CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
Introduction
Liquid dispersion involves the breakup of a stream into droplets as a result of the supply of mechanical energy to the stream. Devices used to atomize liquids are called atomizers or spray nozzles [1-2]. Sprayed liquids are used, among other things:
- in agriculture when spraying and irrigating plants [3-5];
- in automobiles when spraying fuel introduced into the combustion chamber [6-7];
- in fire protection - in firefighting equipment and firefi-ghting devices [8-12];
- in industry - in cooling, purification and neutralization systems for hazardous substances and dusts [13-20].
In addition, liquid spraying is now widely used in medicine, including, for example, for disinfection, especially important during the COVID 19 pandemic [21-23]. The multitude and variety of applications of atomized liquid streams makes the technical parameters and designs of nozzles very diverse. For this reason, some of the spray devices include:
- nozzles using the energy of the liquid itself (such as jet nozzles, vortex nozzles, vortex-jet nozzles, impact nozzles);
- nozzles using gas energy (such as pneumatic nozzles) or
- nozzles using other types of energy (such as rotary, electrostatic, acoustic and ultrasonic nozzles) [1-2].
Of the aforementioned, stream, vortex and stream-vortex nozzles have the largest range of applications. This is due to their simple design, low power requirements, low failure rate and price competitiveness compared to other nozzles [24-25]. Unfortunately, their limitation is the production of streams that exhibit very different parameters, usually more polydisperse compared to at least air atomizers. This is confirmed by numerous scientific studies conducted in Poland and abroad [19, 21, 26-30]. When selecting a spray device for a given application, a detailed analysis of the stream produced by the nozzle is necessary, mainly in terms of parameters such as flow rate, spray angle,
Wst^p
Dyspersja cieczy wiqze si? z rozpadem strugi na krople w wyniku dostarczania jej energii mechanicznej. Urzqdzenia stu-zqce do rozpylania cieczy nazywane sq rozpylaczami lub dyszami rozpylajqcymi [1-2]. Rozpylone ciecze wykorzystywane sq mi?-dzy innymi:
- w rolnictwie podczas opryskow i nawadniania roslin [3-5];
- w motoryzacji przy rozpylaniu paliwa wprowadzanego do komory spalania [6-7];
- w ochronie przeciwpozarowej - w sprz?cie pozarniczym i urzqdzeniach gasniczych [8-12];
- w przemysle - w uktadach chtodzenia, oczyszczania i neu-tralizacji substancji niebezpiecznych i pytow [13-20].
Ponadto rozpylanie cieczy ma obecnie szerokie zastosowanie w medycynie, w tym np. do dezynfekcji, szczegolnie waznej w cza-sie pandemii COVID 19 [21-23]. Mnogosc i roznorodnosc zasto-sowan rozpylonych strumieni cieczy sprawia, ze parametry tech-niczne i konstrukcje rozpylaczy sq bardzo zroznicowane. Z tego wzgl?du wsrod urzqdzen rozpylajqcych mozna wymienic m.in.:
- rozpylacze wykorzystujqce energi? samej cieczy (takie jak rozpylacze strumieniowe, rozpylacze wirowe, rozpylacze strumieniowo-wirowe, rozpylacze uderzeniowe);
- rozpylacze wykorzystujqce energi? gazu (takie jak rozpy-lacze pneumatyczne) czy
- rozpylacze wykorzystujqce inne rodzaje energii (np. rozpylacze rotacyjne, elektrostatyczne, akustyczne i ultradzwi?-kowe) [1-2].
Sposrod wymienionych wyzej najwi?kszy zakres zastosowan majq rozpylacze: strumieniowe, wirowe i strumieniowo-wirowe. Wynika to z ich prostej budowy, matego zapotrzebowania na moc, matej awaryjnosci oraz konkurencyjnosci cenowej w porownaniu z pozostatymi rozpylaczami [24-25]. Niestety ich ograniczeniem jest wytwarzanie strumieni, ktore wykazujq bardzo zroznicowane parametry, zazwyczaj bardziej polidyspersyjne w porownaniu chociazby z rozpylaczami pneumatycznymi. Potwierdzajq
spray intensity or mass stream density, non-uniformity of spray intensity distribution, and average droplet diameters and spray spectrum. In numerous nozzle tests, their stream parameters are evaluated at different water supply pressures [17, 21, 23, 27-32]. The purpose is to determine the effect of this parameter on dispersion, and thus to identify potential limitations or advantages in the use of a particular nozzle.
This article contains the results of a test of the parameters of the streams produced by water nozzles of various types. The purpose of this research was to determine the potential application area of the analysed nozzles, especially in the context of fire-fighting and reducing the concentration of hazardous substances in the air. However, it should be emphasized that the presented results can also be helpful in determining the usefulness of the studied products in other areas, such as agriculture or industry. The research made it possible to select those design features of the nozzles that will be useful in the processes of extinguishing and neutralizing hazardous substances.
Research methodology
The tests were carried out on a test bench with the following main components: a cubic test chamber with a side length of 1.2 m made of plastic, a water supply system consisting of, among other things, a water tank, a pump and piping with fittings, a power and control cabinet, a computer with software for control and data recording, and the water nozzles under test. In addition, the following items and measuring instruments constituted the equipment of the station:
- spray spectrum analyser [33],
- Pt 100 water temperature sensor (range up to 60°C),
- pressure sensor (range up to1 MPa, accuracy class 0.5),
- electromagnetic flow meter (range up to 1000 dm3/h, accuracy 0.5% of measured value),
- precision scale (range up to 2 kg and accuracy of 0.01g).
A diagram of the measuring bench is included in the publication [34]. The general appearance of the measuring bench is shown in Figure 1.
The following water nozzles were used in the study:
- spiral TF 6 FCN with a full spray cone and a maximum spray angle of 90° [35],
- spiral TF 6 V with a hollow spray cone and a maximum spray angle of 60° [36],
- with a flat NF 15 spray stream and a spray angle of about 65° [37],
- axial with full spray cone and a spray angle of 80° (CW 50) [38].
to liczne badania naukowe prowadzone w kraju i za granicq [19, 21, 26-30]. Przy doborze urzqdzenia rozpylajqcego do danego zastosowania niezbçdna jest szczegötowa analiza wytwarza-nego przez dyszç strumienia, gtöwnie w kontekscie parametrow, takich jak: natçzenie przeptywu, kqt rozpylenia, intensywnosc zraszania lub gçstosc strumienia masy, nieröwnomiernosc rozktadu intensywnosci zraszania oraz srednie srednice kropel i widmo rozpylenia. W licznych badaniach rozpylaczy ich parametry strumienia oceniane sq przy röznych cisnieniach zasilania wodq [17, 21, 23, 27-32]. Ma to na celu okreslenie wptywu tego para-metru na dyspersjç, a co za tym idzie wskazanie potencjalnych ograniczen lub zalet w zastosowaniu danego rozpylacza.
Niniejszy artykut zawiera wyniki badan parametröw strumieni wytwarzanych przez dysze wodne röznego typu. Celem tych badan byto okreslenie potencjalnego obszaru zastosowana analizowanych dysz, zwtaszcza w kontekscie gaszenia pozaröw oraz ograniczania stçzenia substancji niebezpiecznych w powie-trzu. Nalezy jednak zaznaczyc, ze zaprezentowane wyniki mogq byc röwniez pomocne w okresleniu przydatnosci badanych wyro-böw w innych obszarach, jak chociazby rolnictwo czy przemyst. Badania umozliwity wytypowanie tych cech konstrukcyjnych dysz, ktöre bçdq przydatne w procesach gaszenia oraz neutrali-zacji substancji niebezpiecznych.
Metodyka badawcza
Badania zostaty wykonane na stanowisku pomiarowym, z nastçpujqcymi gtöwnymi elementami: szescienna komora badawcza o boku dtugosci 1,2 m wykonana z tworzywa sztucz-nego, uktad zasilania w wodç sktadajqcy siç m.in. ze zbiornika na wodç, pompy i przewodöw rurowych z armaturq, szafy zasilajq-co-sterowniczej, komputera z oprogramowaniem do sterowania i rejestracji danych oraz badanych dysz wodnych. Ponadto wypo-sazenie stanowiska stanowity nastçpujqce elementy i przyrzqdy pomiarowe:
- analizator widma rozpylenia [33],
- czujnik temperatury wody Pt 100 (zakres do 60°C),
- czujnik cisnienia (zakres do1 MPa, klasa doktadnosci 0,5),
- przeptywomierz elektromagnetyczny (zakres do 1000 dm3/h, doktadnosc 0,5 % wartosci mierzonej),
- waga precyzyjna (zakres do 2 kg i doktadnosci 0,01g).
Schemat stanowiska pomiarowego zawarto w opracowa-
niu [34]. Ogölny wyglqd stanowiska pomiarowego przedstawia rycina 1.
W badaniach uzyto nastçpujqcych dysz wodnych:
- spiralnq TF 6 FCN o petnym stozku zraszania i max. kqcie rozpylenia 90° [35],
- spiralnq TF 6 V o pustym stozku zraszania i max. kqcie rozpylenia 60° [36],
- o ptaskim strumieniu zraszania NF 15 i kqcie rozpylenia okoto 65° [37],
- osiowq o petnym stozku zraszania i kqcie rozpylenia 80° (CW 50) [38].
Figure 1. General appearance of the measuring bench Rycina 1. Ogolny wyglqd stanowiska pomiarowego
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
The appearance of the tested nozzles is shown in Figure 2. Wyglqd badanych dyszy przedstawia rycina 2.
Figure 2. Tested nozzles (from left: TF 6 FCN, TF 6 V, NF 15, CW 50) Rycina 2. Dysze poddane badaniu (od lewej: TF 6 FCN, TF 6 V, NF 15, CW 50) Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
The following stream parameters were determined as part of the study: average number diameter of droplets Dn [34], average surface diameter of droplets Ds [39-40], average volumetric diameter of droplets Dv [41-42], average Sauter mean diameter SMD [22, 43], spray spectrum relative to diameter Ds and
W ramach badan wyznaczono nast?pujqce parametry stru-mienia: sredniq srednic? ilosciowq kropel Dn [34], sredniq srednic? powierzchniowq kropel Ds [39-40], sredniq srednic? obj?tosciowq kropel Dv [41-42], sredniq srednic? Sautera SMD [22, 43], widmo rozpylenia wzgl?dem srednicy Ds oraz srednicy powierzchniowej
surface diameter Ds0g, mass stream density distribution, sprinkler non-uniformity, flow rate and spray angle.
The spray angle a is the apex angle of the spray [1], formed between two straight lines along the stream flowing out of the nozzle. This is an important parameter in the process of spraying water, which, among other things, determines the coverage of a surface or filling a space with water [26]. It also decides on the number of nozzles in the system and their mutual spacing in the piping system [23]. The value of the angle a is strictly dependent on the dimensions and design of the nozzle, the properties of the fed liquid, the density of the medium in which the process takes place, and the operating conditions of the nozzle [24, 26].
The test of the spray angle was carried out using a photographic method, by taking pictures of the stream against a reference dimension table. However, it should be kept in mind that as the distance from the nozzle increases, the dispersed stream narrows, which is mainly due to the action of the surrounding gas, which is set in motion by the aspirating action of the stream [25]. Therefore, the zone directly at the nozzle outlet was considered for determining the angle a. The angle was measured using a graphics program, in which the photograph was dimensioned. An example of how to determine the spray angle is shown in Figure 3.
Dsos, rozktad g?stosci strumienia masy, nierownomiernosc zrasza-nia, nat?zenie przeptywu oraz kqt rozpylenia.
Kqt rozpylenia a jest to kqt wierzchotkowy rozpylonego strumienia [1], utworzonego mi?dzy dwiema liniami prostymi wzdtuz strumienia wyptywajqcego z rozpylacza. Jest to wazny para-metr w procesie rozpylania wody, ktory m.in. decyduje o pokry-ciu powierzchni lub wypetnieniu przestrzeni wodq [26]. Decyduje on rowniez o liczbie dysz w instalacji i ich wzajemnym rozstawie-niu w uktadzie rurociqgow [23]. Wartosc kqta a jest scisle zalezna od wymiarow i budowy rozpylacza, wtasciwosci podawanej cie-czy, g?stosci osrodka, w ktorym zachodzi proces, oraz warunkow pracy rozpylacza [24, 26].
Badanie kqta rozpylenia przeprowadzono metodq fotograficznq, przez wykonanie zdj?c strumienia na tle tablicy z wymiarami odnie-sienia. Nalezy jednak pami?tac, ze wraz ze wzrostem odlegtosci od dyszy rozpylony strumien ulega zw?zeniu, co wynika gtownie z dzia-tania otaczajqcego go gazu, ktory zostaje wprawiony w ruch przez zasysajqce dziatanie strumienia [25]. Z tego wzgl?du do wyzna-czenia kqta a uwzgl?dniana byta strefa bezposrednio przy wylocie dyszy. Pomiaru kqta dokonano przy pomocy programu graficznego, w ktorym zwymiarowano fotografi?. Przyktadowy sposob wyznacze-nia kqta rozpylenia przedstawiono na rycinie 3.
Figure 3. Spray angle for NF 15 nozzle at 0.4 MPa pressure Rycina 3. Kqt rozpylenia dla dyszy NF 15 przy cisnieniu 0,4 MPa Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Another parameter determined in the tests was the density of the liquid stream (qm), defined as the ratio of the mass stream to the area perpendicular to the atomizer axis &A [31]:
Qm=
Am A A
(1)
Kolejnym wyznaczanym w badaniach parametrem byta g?stosc strumienia cieczy (qm), okreslana jako stosunek stru-mienia masy do powierzchni prostopadtej wzgl?dem osi rozpy-lacza AA [31]:
Aril
Qm=
A A
(1)
where:
qm - density of the fluid mass stream [g/(s ■ m2)],
Am - elementary stream of liquid mass [g/s],
AA - elementary surface perpendicular to the axis of the nozzle [m2].
In a research [31] it was proved that for a spiral nozzle the values of mass stream density significantly change as a function of the height from which spraying occurs. For this reason, a fixed distance of the nozzle outlet from the top of the measuring containers was established in all tests.
gdzie:
qm - g?stosc strumienia masy cieczy [g/(s ■ m2)],
Am - elementarny strumien masy cieczy [g/s],
AA - elementarna powierzchnia prostopadta do osi rozpylacza [m2].
W badaniach [31] udowodniono, ze dla dyszy spiralnych war-tosci g?stosci strumienia masy znaczqco zmieniajq si? w funk-cji wysokosci, z ktorej nast?puje zraszanie. Z tego wzgl?du we wszystkich badaniach ustalono statq odlegtosc wylotu dyszy od gornej kraw?dzi pojemnikow pomiarowych.
Very often in scientific articles [17, 27, 44, 45] and standards [46-49], the density of the liquid stream is defined as the intensity of spraying and expressed in the unit mm/min or l/( m2 ■ min). For a given spraying area, in addition to the density of the mass stream, the inequality of the spray distribution (I) was also determined. The parameter I was determined from the measurements of the nozzle's density distribution and calculated from the below equation [24].
I = qmax qmin100%
(2)
Bardzo czçsto w artykutach naukowych [17, 27, 44, 45] i normach [46-49] gçstosc strumienia cieczy jest okreslana jako inten-sywnosc zraszania i wyrazona jednostkq mm/min lub l/(m2 ■ min). Dla danej powierzchni zraszania oprocz gçstosci strumienia masy wyznaczono rowniez nierownomiernosc rozktadu zraszania (/). Parametr / wyznaczony zostat na podstawie pomiarow rozktadu gçstosci zraszania dyszy i obliczany z ponizszego wzoru [24].
I=———————100 %
(2)
ieq
ieq
where:
q
q,
q
- unevenness of the distribution of sprinkling density [%],
- maximum mass stream density in the analysed spray zone [g/(s ■ m2)],
- minimum stream density in the analysed spray zone [g/(s ■ m2)],
- average stream density in the analysed spray zone [g/(s ■ m2)].
The test of the density of the liquid stream was performed using the weight method. Water was collected into cylindrical measuring containers with a diameter of 64.5 mm, which was then weighed and qm was calculated based on equation (1). In all tests, the distance of the nozzle outlet plane to the top edge of the measuring containers was 1.0 ±0.01 m. Water was applied in such a way as to achieve the longest possible spraying time, but not to overfill any of the measuring containers. The liquid stream density test was conducted for a quarter of the nozzle spray area. The measurement points were arranged according to the diagram shown in Figure 4. From the results obtained in Surfer®16 program by Golden Software, distributions of liquid stream density were made for the measurement space.
gdzie:
I - nierownomiernosc rozktadu gçstosci zraszania [%], qmax - maksymalna gçstosc strumienia masy w analizowane
strefie zraszania [g/(s ■ m2)], qmini - minimalna gçstosc strumienia w analizowanej strefie
zraszania [g/(s ■ m2)], qeq - srednia gçstosc strumienia w analizowanej strefie zraszania [g/(s ■ m2)].
Badanie gçstosci strumienia cieczy wykonano metodq wagowq. Do cylindrycznych pojemnikow pomiarowych o sred-nicy 64,5 mm zbierano wodç, ktorq nastçpnie wazono i na podstawie wzoru (1) obliczano qm. We wszystkich badaniach odle-gtosc ptaszczyzny wylotu dyszy do gornej krawçdzi pojemnikow pomiarowych wynosita 1,0 ±0,01 m. Wodç podawano tak, by osiq-gnqc jak najdtuzszy czas zraszania, lecz nie przepetnic zadnego z pojemnikow pomiarowych. Badanie gçstosci strumienia cieczy przeprowadzono dla jednej czwartej obszaru zraszania dyszy. Punkty pomiarowe byty rozmieszczone zgodnie ze schematem przedstawionym na rycinie 4. Z otrzymanych wynikow w progra-mie Surfer®16 firmy Golden Software wykonano rozktady gçstosc strumienia cieczy dla przestrzeni pomiarowej.
Figure 4. Arrangement of measurement points during testing of liquid stream density and microstructure parameters (top view of the base of the test chamber): 1 - position of the nozzle and measuring probe for testing the microstructure parameters of the spray stream produced by the NF 15 and CW 50 nozzle, 2 - measuring containers for testing the density of the stream of liquid, 3 - setting up a measuring probe to study the microstructure parameters of the spray streams of TF 6 FCN and FT6 V spiral nozzles
Rycina 4. Rozmieszczenie punktow pomiarowych podczas badania gçstosc strumienia cieczy oraz parametrow mikrostruktury (rzut z gory na podstawç komory badawczej): 1 - potozenie dyszy i sondy pomiarowej do badania parametrow mikrostruktury strumienia rozpylonego wytworzonego przez dyszç NF 15 i CW 50 , 2 - pojemniki pomiarowe do badania gçstosc strumienia cieczy, 3 - ustawienie sondy pomiarowej do badania parametrow mikrostruktury strumieni rozpylonych dysz spiralnych TF 6 FCN i FT6 V
Source / Zrodto: W. Wgsik, M. Majder-topatka, W. Rogula-Koztowska, Influence of micro- and macrostructure of atomized water jets on ammonia absorption efficiency, "Sustainability" 2022, 14, 9693, https://doi.org/10.3390/su14159693 [34].
After establishing the parameters determining the stream's macrostructure, its microstructure was measured. The microstructure of the spray is most often parameterized by the mean and maximum droplet diameters, the uniformity and degree of atomization, the spray spectrum, and the specific surface area of the droplets [24]. The literature [22] defines equation (3), based on which it is possible to describe several typical types of droplet diameters. The results of this equation provide various information and are widely used [22].
Po wyznaczeniu parametrow okreslajqcych makrostruktur? strumienia dokonano pomiarow jej mikrostruktury. Mikrostruk-tura rozpylonego strumienia jest najczçsciej parametryzowana przez srednie i maksymalne srednice kropel, jednorodnosc i sto-pien rozpylenia, widmo rozpylenia oraz powierzchni? wtasciwq kropel [24]. W literaturze [22] okreslono rownanie (3), na podsta-wie ktorego istnieje mozliwosc opisania kilku typowych rodzajow srednic kropel. Wyniki tego rownania dostarczajq roznych infor-macji i znajdujq szerokie wykorzystanie [22].
ID? An,
i-l_
m
iD^An,
i=l
(3)
Dpq="
ZDf An,
i-l
£d? A ni
i=l
(3)
where:
D; - diameter of droplets in a given range, An; - number of drops in a given range, p, q - exponents to indicate a particular type of diameter, e.g. surface diameter D20 (or Ds).
The most practical applications and the most commonly determined for nozzles are the mean diameter: surface D20 (Ds) [34], volumetric D30 (Dv) [41-42], and volume-surface, the so-called Sauter mean diameter D32 (SMD) [13, 18, 21, 26]. Of those listed, Sauter's mean diameter is the most universal and appears in publications from various scientific fields. It is particularly useful for determining the course of heat and mass transfer processes (e.g. cooling, absorption) [2]. The diameter of the SMD droplets is determined by the below equation [22]:
gdzie:
D; - srednica kropel w danym przedziale, Ani - liczba kropel w danym przedziale, p, q - wyktadniki do oznaczania danego rodzaju srednicy np. srednica powierzchniowa D20 (lub Ds).
Najwiçksze zastosowanie praktyczne oraz najczçsciej wyzna-czane dla rozpylaczy sq srednia srednica: powierzchniowa D20 (Ds) [34], objçtosciowa D30 (Dv) [41-42], i objçtosciowo- powierzchniowa, tak zwana srednia srednica Sautera D32 (SMD) [13, 18, 21, 26]. Sposrod wymienionych najbardziej uniwersalna i pojawiajqcq si? w publi-kacjach z roznych dziedzin nauki jest srednia srednica Sautera. Jest ona szczegolnie przydatna do okreslenia przebiegu procesu wymiany ciepta i masy (np. chtodzenie, absorpcja) [2]. Srednica kropel SMD wyznaczana jest na podstawie ponizszego wzoru [22]:
2>iyDf
i-l
d32=smd=^=1
(4)
.AiyD t
where:
SMD - Sauter's mean diameter, |m,
Di - diameter of droplets in a given range, [|m],
Ani - number of drops in a given interval, pcs.
The percentage of droplets with specific diameters/volumes in the total distribution of the spray spectrum is indicated by the symbols DV50, Dvw and Dvgo (D0J>0), Dvg5 (D03S), or Dsgo (Dsas), for example [1, 17, 21, 23, 26]. For instance, the Dsg0diameter represents the value for which 90% of the total area of the produced droplets is achievable. A measure of the uniformity of the spray is the difference between these diameters [23], as detailed in [1] and [24]. Moreover, diameter values representing shares of more than 90% of the total volume or surface area of the spray are often the basis for determining the maximum spray diameter Dmax [2].
An IPS droplet spectrum analyser (AWK) was used to study the microstructure of dispersed water streams. In operation, the instrument uses the photoelectric method and is often used in scientific research [17, 42, 45, 15]. In the measuring probe of the AWK analyser, the light signal is changed to an electrical
lAiyDf
i-l
d32=smd=^=1
(4)
,AiyD t
gdzie:
SMD - srednica srednica Sautera, pm,
D; - Srednica kropel w danym przedziale, [pm],
Ani - liczba kropel w danym przedziale, szt.
Udziat procentowy kropel o okreslonych Srednicach/obj?to-Sci w catosci rozktadu widma rozpylonego oznacza si? np. symbolami DVSo, Dvw i DV90 D J, DVS5 (Da95), czy Dsm (Dsos) [1, 17, 21, 23, 26]. Dla przyktadu Srednica DS90 oznacza wartosc, dla ktorej osiqgalny jest poziom 90% tqcznej powierzchni wytwarzanych kropel. Miarq jednorodnosci rozpylenia jest roznica mi?dzy tymi Srednicami [23], co szczegotowo opisano w [1] i [24]. Ponadto wartosci Srednicy stanowiqcej udziaty powyzej 90% catej obj?-tosci lub powierzchni rozpylonej cieczy sq cz?sto podstawq do okreslania Srednicy maksymalnej rozpylenia Dmax [2].
Do badania mikrostruktury rozpylonych strumieni wody wyko-rzystano analizator widma kropel IPS (AWK). W dziataniu przyrzqd wykorzystuj? metod? fotoelektrycznq i jest cz?sto stosowany w badaniach naukowych [17, 42, 45, 15]. W sondzie pomiarowej analizatora AWK nast?puje zmiana sygnatu Swietlnego na impuls
pulse corresponding to the given diameter of the droplet moving through the measuring space [33]. The analyser has a measurement range of 0.5 |m to 3,000 |m, and during the tests the instrument was set to have a minimum data recording time of 180 seconds. The measuring probe was positioned in the area with the highest spraying intensity. In the tests of spiral nozzles, the analyser's measuring probe was not positioned directly under the nozzle but in the area of the main spraying ring, as explained by the tests described in [27]. The position of the measuring probe during testing is shown in Figure 4. As part of the results obtained from AWK, the following parameters were analysed: average diameters Dn, Ds, Dv, SMD, sputtering spectrum relative to diameter Ds and surface diameter DS09.
In the tests of microstructure parameters, the plane of the nozzle outlet was 0.8±0.01 m away from the top edge of the inlet of the analyser's measuring probe. Tests of all stream parameters for each nozzle were performed at supply pressures of 0.2 MPa, 0.4 MPa, 0.6 MPa. The water pressure was measured directly in front of the water nozzle.
The following general criteria and measurement uncertainties were used in the tests:
- uncertainty of spray angle measurement ±2°,
- uncertainty of length measurement ±0.01 m,
- uncertainty of droplet diameter measurement based on [24, 33] for the number of droplets above 35,000 ±2%, and below 35,000 ±5%,
- deviation from the set value of the nozzle supply pressure ±0.005 MPa,
- uncertainty of time measurement ±1s,
- set water temperature in the range of 20 ±2°C,
- set ambient temperature in the range of 20 ± 4°C.
Test results
The obtained results are shown in Tables 1-4 and Figures 5-12. In all illustrations containing dispersed spectra, the following symbols were used: Bs - the percentage of a given interval of Ds diameters in the entire distribution, 0 - the value of the distribution's characteristic, Dsi - the value of the average of Ds diameters in the /-th interval. The mass density distribution of the spray at 0,0 marked with a circle shows the axis of water outflow from the tested nozzle.
elektryczny odpowiadajqcy danej srednicy kropli przemieszcza-jqcej siç przez przestrzen pomiarowq [33]. Analizator posiada zakres pomiarowy od 0,5 ^m do 3000 ^m, a w czasie badan przy-rzqd byt ustawiony tak, by czas rejestracji danych wynosit minimum 180 sekund. Sondç pomiarowq ustawiono w obszarze o naj-wiçkszej intensywnosci zraszania. W badaniach dysz spiralnych sonda pomiarowa analizatora nie byta ustawiona bezposrednio pod dyszq tylko w obszarze gtównego pierscienia zraszania, co zostato wyjasnione badaniami opisanymi w [27]. Potozenie sondy pomiarowej w czasie badan przedstawiono na rycinie 4. W ramach wyników uzyskanych z AWK analizie poddano nastçpujqce para-metry: srednie srednice Dn, Ds, Dv, SMD, widmo rozpylenia wzglç-dem srednicy Ds oraz srednicy powierzchniowej DS0S.
W badaniach parametrów mikrostruktury ptaszczyzna wylotu dyszy byta oddalona o 0,8±0,01 m od górnej krawçdzi wlotu sondy pomiarowej analizatora.
Badania wszystkich parametrów strumienia dla kazdej z dysz byty wykonywane przy cisnieniu zasilania wynoszqcym 0,2 MPa, 0,4 MPa, 0,6 MPa. Cisnienie wody mierzono bezposrednio przed dyszq wodnq.
W badaniach zastosowano nastçpujqce kryteria ogólne i nie-pewnosci pomiarowe:
- niepewnosc pomiaru kqta rozpylania ±2°,
- niepewnosc pomiaru dtugosci ±0,01 m,
- niepewnosc pomiaru srednicy kropel na podstawie [24, 33] dla liczby kropel powyzej 35000 ±2%, a ponizej 35000 ±5%,
- odchylenie od zadanej wartosci cisnienia zasilenia dyszy ±0,005 MPa,
- niepewnosc pomiaru czasu ±1s,
- zadana temperatura wody w przedziale 20 ±2°C,
- zadana temperatura otoczenia w przedziale 20 ±4°C.
Wyniki badan
Otrzymane wyniki badan zostaty przedstawione w tabelach 1 -4 oraz na rycinach 5-12. Na wszystkich ilustracjach zawierajqcych widma rozpylenia zastosowano nastçpujqce oznaczenia: Bs - udziat procentowy danego przedziatu srednic Ds w catym rozktadzie, Ф - wartosc dystrybuanty rozktadu, Dsi - wartosc sredniej srednic Ds w /-tym przedziale. Na rozktadach masowej gçstosci zraszania w punkcie 0,0 oznaczonym kotem przedstawiono os wyptywu wody z badanej dyszy.
Table 1. Test results for TF 6 FCN nozzle Tabela 1. Wyniki badan dla dyszy TF 6 FCN
Parameter / Parametr
Unit / Jednostka
Symbol / Symbol
Supply pressure of the nozzle / Cisnienie zasilania dyszy
Number of counted droplets / [pcs.] / N 66,219 69,287 65,656
Liczba zliczonych kropel [szt.]
Measurement time of microstructure parameters / [sec.] / t 180 180 180
Czas pomiaru parametrow mikrostruktury [sek.]
Average quantity diameter / Srednia srednica ilosciowa fom] Dn 160.5 133.8 135.6
Average surface diameter / fom] Ds 184.5 158.4 156.5
Srednia srednica powierzchniowa
Average volume diameter / Srednia srednica objçtosciowa fom] Dv 205.4 180.2 174.6
Average Sauter's mean diameter / Srednia srednica Sautera fom] SMD 254.8 233.4 217.3
90% surface diameter / fom] DS0,9 383.5 360.5 324.5
Srednica powierzchniowa 90%
90% volume diameter / fom] DV0,9 419.5 399.5 357.0
Srednica objçtosciowa 90%
Supply pressure of the nozzle (average) / Cisnienie zasilania dyszy (srednia) [MPa] P 0.200 0.401 0.597
Standard deviation of pressure measurement / Odchylanie standardowe pomiaru cisnienia [MPa] Sp 0.001 0.001 0.001
Nozzle performance (average) / Wydajnosc dyszy (srednia) [dm3/h] Q 281.01 392.08 483.66
Standard deviation of pressure measurement / [dm3/h] SQ 0.45 0.27 0.32
Odchylanie standardowe pomiaru cisnienia
Spray angle / Kqt rozpylenia [°] a 84 84 84
Maximum spraying density / Kqt rozpylenia [g/(s ■ m2)] qmax 143.8 129.8 201.3
Minimum spraying density / Minimalna gçstosc zraszania [g/(s ■ m2)] qmini 7.48 23.03 37.16
Average spraying density / Srednia gçstosc zraszania [g/(s ■ m2)] Peq 58.93 76.14 82.14
Distribution irregularity of spraying density / Nierownomiernosc rozktadu gçstosci zraszania [%] I 231.25 140.20 199.84
Source: Own elaboration. Zrödto: Opracowanie wtasne.
The tested TF 6 FCN nozzle has flow rates close to the manufacturer's data, but the determined spray angle is slightly smaller than declared [35]. It should be pointed out that the change in supply pressure does not, for the TF 6 FCN nozzle, cause significant changes in the spray angle, as well as in the average diameters of the produced droplets. Even with a maximum diameter
Badana dysza TF 6 FCN posiada przeptywy zblizone do danych producenta, jednak wyznaczony kqt rozpylenia jest nieco mniejszy od deklarowanego [35]. Nalezy zauwazyc, ze zmiana cisnienia zasilania nie powoduje dla dyszy TF 6 FCN istotnych zmian kqta rozpylenia, jak rowniez srednich srednic wytwarza-nych kropel. Nawet w przypadku srednicy maksymalnej DS0S,
of DS0.9, an increase in nozzle supply pressure from 0.2 MPa to 0.6 MPa resulted in a change of only 50 ^m in this parameter. This shows that in the analysed pressure range in terms of microstructure, the nozzle shows high stability.
wzrost cisnienia zasilania dyszy z 0,2 MPa na 0,6 MPa spowodo-wat zmianç wartosci tego parametru o zaledwie 50 |m. Swiadczy to o tym, ze w analizowanym zakresie cisnien pod wzglçdem mikrostrukturalnym dysza wykazuje duzq stabilnosc.
Figure 5. Spray spectrum for TF 6 FCN nozzle Rycina 5. Widmo rozpylenia dla dyszy TF 6 FCN
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Evaluating the tested nozzle against standards [48-49] for water fog used for firefighting purposes, the TF 6 FCN nozzle can be considered a fog nozzle. Water fog is a water stream generated by a nozzle for which the value of Dv09 is less than 1000 ^m at the minimum pressure of its supply [42, 48]. After converting the data obtained for the TF6 FCN nozzle at a supply pressure of 0.2 MPa, the Dv09 value is about 420 ^m. It is worth emphasizing that, according to NFPA 750 [49], this is the value to classify the produced water fog into class three.
Oceniajqc badanq dyszç wzglçdem standardow [48-49] dla mgty wodnej stosowanej do celow gasniczych, mozna uznac, ze dysza TF 6 FCN jest dyszq mgtowq. Mgta wodna to strumien wody generowany przez dyszç, dla ktorego wartosc Dv09 jest mniejsza niz 1000 |m przy minimalnym cisnieniu jej zasilania [42, 48]. Po przeliczeniu danych uzyskanych dla dyszy TF6 FCN przy cisnieniu zasilania 0,2 MPa wartosc Dv09 wynosi okoto 420 |m. Watro zazna-czyc, ze zgodnie z normq NFPA 750 [49] jest to wartosc pozwala-jqca zaklasyfikowac wytwarzanq mgtç wodnq do klasy trzeciej. Niemniej jednak granica miçdzy drugq a trzeciq klasq mgty wodnej wynosi 400 |m i przy wiçkszych cisnieniach zasilania dyszy TF 6 FCN wytworzonq mgtç wodnq klasyfikuje siç do drugiej grupy.
a)
L |m|
MS 0.05 O.IO MS 0.20 0.25 0.10 0.35 0.4<J 0.45 O.Sll 0.000
b)
L |lll|
0.00 0.05 O.tO MS 0.20 0.35 0.10 0.35 0.40 0.45 O.Sll
c)
tH
0.00 0.05 O.tO MS 0.20 0.35 O.IO 0.35 0.40 0.45 0.511 0.00 #
r> ?■: i 4[p r;: HI] MI: : ?r MI
qm Lutf i t" : ;
20 -HP AU HU 1 ÎÏP 1Ф
4m lK/(a m=)J
(HI Kl> HHP I14L! IMP ISM] 21X1
4m Wirtl
Figure 6. Distribution of mass spraying density of TF 6 FCN nozzle at supply pressure: a) 0.2 MPa, b) 0.4 MPa, c) 0.6 MPa Rycina 6. Rozktad masowej g^stosci zraszania dyszy TF 6 FCN przy cisnieniu zasilania: a) 0,2 MPa, b) 0,4 MPa, c) 0,6 MPa Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
The TF6 FCN nozzle relatively evenly sprays the area being tested, but in all distributions of spray density, the areas where more water is applied are clearly visible. Furthermore, despite being classified as a nozzle that generates a full cone spray, small qm values were obtained in all tests directly under the nozzle outlet. The values of mass stream density obtained in the tests are relatively small and oscillate around the minimum value of spraying intensity of 2 mm/min for sprinklers [46]. In addition, according to literature data [41-42], the desired value of the size of the average volume diameter Dv of the extinguishing streams should be in the range of 200-400 |m. The TF 6 FCN nozzle generates droplets with a slightly smaller diameter, so presumably there could be a problem with ensuring adequate cooling of the combustible material. This feature is particularly important in large fires involving solids. Given the above, the TF 6 FCN nozzle in water extinguishing systems should be used as a fog nozzle, the main task of which is to reduce the temperature of the fire gases and prevent the fire from spreading, rather than extinguishing it. The TF 6 FCN nozzle, due to its areas of increased spray density, should probably not be used in agricultural spray systems. Due to the large spray angle of the TF 6 FCN nozzle, the small diameter of the droplets and their uniformity, the full spraying cone, this nozzle achieves a high efficiency of absorption of gaseous hazardous substitutes. This has been confirmed by tests [17].
Dysza TF6 FCN stosunkowo rownomiernie zrasza badany obszar, jednak we wszystkich rozktadach gçstosci zraszania widac wyraznie obszary, w ktore podawana jest wiçksza ilosc wody. Ponadto, pomimo ze jest to dysza zaklasyfikowana jako generujqca strumien o petnym stozku zraszania, to we wszystkich probach bez-posrednio pod wylotem dyszy uzyskano mate wartosci qm. Warto-sci gçstosci strumienia masy uzyskane w badaniach sq stosunkowo niewielkie i oscylujq w okolicach minimalnej wartosci intensywnosci zraszania wynoszqcej dla tryskaczy 2 mm/min [46]. Co wiçcej, jak podajq dane literaturowe [41 -42], pozqdana wartosc wielkosci sredniej srednicy objçtosciowej Dv strumieni gasniczych powinna zawierac siç w zakresie 200-400 ^m. Dysza TF 6 FCN generuje krople o nieco mniejszej srednicy, co sprawia, ze przy-puszczalnie mogtby pojawic siç problem z zapewnianiem odpo-wiedniego chtodzenia materiatu palnego. Funkcja ta jest szczegol-nie istotna w przypadku duzych pozarow ciat statych. Z uwagi na powyzsze dysza TF 6 FCN w wodnych systemach gasniczych powinna byc stosowana jako dysza mgtowa, ktorej gtownym zada-niem jest obnizenie temperatury gazow pozarowych i niedopusz-czenie do rozprzestrzeniania siç pozaru, a nie jego zgaszenia. Dysza TF 6 FCN, z racji posiadanych obszarow o podwyzszonej gçstosci zraszania, najprawdopodobniej nie powinna byc stosowana w uktadach opryskowych w rolnictwie. Dziçki duzej wartosci kqta rozpylania dyszy TF 6 FCN, matej srednicy kropel i ich rownomier-nosci, petnemu stozkowi zraszania dysza ta osiqga duzq skutecz-nosc absorpcji gazowych substytucji niebezpiecznych. Zostato to potwierdzone badaniami [17].
Table 2. Test results for TF 6 V nozzle Tabela 2. Wyniki badan dla dyszy TF 6 V
Supply pressure of the nozzle /
, , Cisnienie zasilania dyszy
_ . . Unit / Symbol / __
Parameter / Parametr , . „ „ . .
Jednostka Symbol
Number of counted droplets / Liczba zliczonych kropel
[Pcs.] / [szt.]
Measurement time of microstructure parameters / Czas pomiaru parametrâw mikrostruktury [sec.] / [sek.] t 180 180 180
Average quantity diameter / Srednia srednica ilosciowa fom] Dn 260.3 207.5 198.7
Average surface diameter / Srednia srednica powierzchniowa fom] Ds 313.1 244.7 233.3
Average volume diameter / fom] Dv 358.9 276.9 262.5
Srednia srednica objçtosciowa
Average Sauter's mean diameter / Srednia srednica Sautera fom] SMD 471.7 354.7 332.1
90% surface diameter / fom] DS0,9 745.5 542.5 498.5
Srednica powierzchniowa 90%
90% volume diameter / fom] DV0,9 844.5 614.0 553.5
Srednica objçtosciowa 90%
Supply pressure of the nozzle (average) / Cisnienie zasilania dyszy (srednia) [MPa] P 0.197 0.398 0.600
Standard deviation of pressure measurement / [MPa] Sp 0.001 0.001 0.001
Odchylanie standardowe pomiaru cisnienia
N
Nozzle performance (average) / [dm3/h] Q 272.29 382.36 468.92
Wydajnosc dyszy (Srednia)
Standard deviation of pressure measurement / Odchylanie standardowe pomiaru cisnienia [dm3/h] ÖQ 0.74 0.83 0.49
Spray angle / Kqt rozpylenia [°] а 60 61 64
Maximum spraying density / [g/(s ■ m2)] qmax 201.28 274.00 493.80
K^t rozpylenia
Minimum spraying density / Minimalna gçstosc zraszania [g/(s ■ m2)] qmini 3.64 2.77 5.59
Average spraying density / Srednia gçstosc zraszania [g/(s ■ m2)] q4 82.00 91.27 136.22
Distribution irregularity of spraying density / Nierownomiernosc rozktadu gçstosci zraszania [%] I 241.03 297.18 358.41
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
The TF6 V nozzle - compared to the other tested TF 6 FCN spiral nozzle - despite similar flow parameters, is characterized by much smaller droplet fragmentation in the stream and greater dispersion irregularity. It is also much more susceptible to changes in supply pressure - as evidenced by the resulting differences in spray angle values, spray density distributions and stream microstructure parameters. Differences become apparent especially at the low supply pressure of the nozzle of 0.2 MPa. Both the macro-and micro-structural parameters of the TF 6 V nozzle (with a hollow spraying cone) are very similar to the results obtained for the TF 6 NN nozzle presented in the paper [27]. The TF 6 NN nozzle is classified by the manufacturer as a full cone spray nozzle [35]. Based on the conducted tests, it can be considered to be more similar to the TF 6 V nozzle (with a hollow spraying cone) than the TF 6 FCN nozzle (with a full cone) in terms of the parameters.
Dysza TF6 V - w porównaniu z drugq badanq dyszq spiralnq TF 6 FCN - pomimo zblizonych parametrów przeptywowych, cechuje siç znacznie mniejszym rozdrobnieniem kropel w strumie-niu i wiçkszq nierównomiernosciq dyspersji. Jest tez znacznie bar-dziej podatna na zmiany cisnienia zasilania - o czym swiadczq otrzymane róznice w wartosciach kqta rozpylania i rozktady gçsto-sci zraszania oraz parametry mikrostruktury strumienia. Róznice uwidaczniajq siç zwtaszcza przy niskim cisnieniu zasilania dyszy wynoszqcym 0,2 MPa. Zarówno parametry makro-, jak i mikrostruk-turalne dyszy TF 6 V (o pustym stozku zraszania) sq bardzo zbli-zone do wyników uzyskanych dla dyszy TF 6 NN przedstawionych w pracy [27]. Dysza TF 6 NN jest klasyfikowana przez producenta jako dysza o petnym stozku zraszania [35]. Na podstawie przepro-wadzonych badan mozna uznac, ze jest ona pod wzglçdem parametrów bardziej zblizona do dyszy TF 6 V (o pustym stozku zraszania) niz TF 6 FCN (o stozku petnym).
Figure 7. Spray spectrum for TF 6 V nozzle Rycina 7. Widmo rozpylenia dla dyszy TF 6 V Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
a)
O.OOI
gj»
(Uli
o.i5
0:20
i 0.25 i
0.30 0.35 С .40 0.45 0.50
L|m]
O.OO 11.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.33 040 0.45 0.50
b)
c)
•--
Off IK
■ *r
100' "
V
ion и»1
in » »
I С
•M
О '■] .FD н'.Гк Wh IUI) 130 l'.'l litii 300
L|oi| W L |oij
O.OO 0.05 O.tO 0.15 0.211 0.25 0.30 0.33 0.40 0.45 0.50 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
0.00# -
MS 0.10
O.IS 0^0
IIS
(S
т
г I 'i £ft
IГ ШПНН
Li í [ I I I
ГШ
0.35 — -
0.45 0.50
»л &
Ж to
I щ
НО lio км> im: '-!:: 'л LI
[e/ía щ=>]
I ОМ
{i íip i >1 L SO ? 'il ''г 11 i .'.<■: 9m -K - t
Figure 8. Distribution of mass spraying density of TF 6 V nozzle at supply pressure: a) 0.2 MPa, b) 0.4 MPa, c) 0.6 MPa Rycina 8. Rozktad masowej g^stosci zraszania dyszy TF 6 V przy cisnieniu zasilania: a) 0,2 MPa, b) 0,4 MPa, c) 0,6 MPa Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
The distribution of spray density of the TF6 V nozzle is characterized by a near-ring shape. The increase in supply pressure causes a slight change in the diameter of the spray ring and increases the amount of water fed into it. Nevertheless, the width of the main spray rings themselves is comparable for all the conducted trials. Despite the generally high irregularity of the TF 6 V nozzle, it is particularly noteworthy that in the spray ring itself the stream has a very uniform and symmetrical distribution. It provides for the possibility of using the TF 6 V nozzle, among others, in plant irrigation systems, especially those working on the move. Moreover, the marked change in spray density with increasing pressure can be used in these systems as a simple method of regulating the intensity of irrigation. Due to the small spray angle, fairly low dispersion and small amount of water applied directly under the nozzle, its use in firefighting or neutralization systems should be considered inappropriate.
Table 3. Test results for NF 15 nozzle Tabela 3. Wyniki badan dla dyszy NF 15
Rozktady gçstosci zraszania dyszy TF6 V cechujq siç ksztat-tem zblizonym do pierscieniowego. Wzrost cisnienia zasilania powoduje niewielkq zmianç srednicy pierscienia zraszania i zwiçk-szenie ilosci podawanej w nim wody. Niemniej jednak sama sze-rokosc gtównych pierscieni zraszania jest porównywalna dla wszystkich przeprowadzonych prób. Pomimo ogólnie duzej nie-równomiernosci zraszania dyszy TF 6 V, na szczególnq uwagç zastuguje fakt, iz w samym pierscieniu zraszania strumien charak-teryzuje siç bardzo równomiernym i symetrycznym rozktadem. Daje do mozliwosci zastosowania dyszy TF 6 V m.in. w uktadach nawadniania roslin, zwtaszcza tych pracujqcych w ruchu. Ponadto wyrazna zmiana gçstosci zraszania przy wzroscie cisnienia moze byc w tych systemach wykorzystana jako prosta metoda regulacji intensywnosci nawadniania. Z racji matego kqta zraszania, dosc matej dyspersji i matej ilosci wody podawanej bezposrednio pod dyszq jej stosowanie w systemach gasniczych, czy neutralizacyj-nych nalezy uznac za niewtasciwe.
Supply pressure of the nozzle / Cisnienie zasilania dyszy
_ . . Unit / Symbol / -—-
Parameter / Parametr . . .. ' . .
Jednostka Symbol
0.2 MPa 0.4 MPa 0.6 MPa
Number of counted droplets I Liczba zliczonych kropel
[pcs.] I [szt.]
279,173
301,374
SB2,6T4
Measurement time of microstructure parameters / [sec.] I t 1B0 1B0 1B0
Czas pomiaru parametrâw mikrostruktury [sek.]
Average quantity diameter / Srednia srednica ilosciowa fom] Dn 392 429.T 5SB.4
Average surface diameter / fom] Ds 4T6.B 526.1 646
Srednia srednica powierzchniowa
Average volume diameter / Srednia srednica objçtosciowa fom] Dv 550.B 609.3 TSS.4
N
Average Sauter's mean diameter / Srednia srednica Sautera torn] SMD 735.2 817.2 945
90% surface diameter / torn] DS0,9 1,120.0 1,513.5 1,617.0
Srednica powierzchniowa 90%
90% volume diameter / torn] DV0,9 1,327.0 18,03.5 18,97.0
Srednica objçtosciowa 90%
Supply pressure of the nozzle (average) / Cisnienie zasilania dyszy (srednia) [MPa] p 0.201 0.396 0.600
Standard deviation of pressure measurement / Odchylanie standardowe pomiaru cisnienia [MPa] Sp 0.001 0.001 0.001
Nozzle performance (average) / [dm3/h] Q 260.087 413.50 508.13
Wydajnosc dyszy (srednia)
Standard deviation of pressure measurement / Odchylanie standardowe pomiaru cisnienia [dm3/h] SQ 0.42 0.27 0.42
Spray angle / Kqt rozpylenia [°] a 65 65 65
Maximum spraying density / [g/(s ■ m2)] qmax 786.550 1,385.61 2,758.180
K^t rozpylenia
Minimum spraying density / Minimalna gçstosc zraszania [g/(s ■ m2)] qmini 0.43 0.16 0.76
Average spraying density / Srednia gçstosc zraszania [g/(s ■ m2)] qeq 87.54 174.8381 304.49
Distribution irregularity of spraying density / Nierownomiernosc rozktadu gçstosci zraszania [%] I 898 792 906
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Test results of the NF 15 nozzle confirm that it generates a very flat water stream with a narrow spray band and a stable spray angle. All microstructural parameters indicate very low dispersion and do not allow to qualify this nozzle as a fog nozzle. With regard to water dispersion through the NF 15 nozzle, it is noteworthy that it shows deterioration of microstructure parameters with increasing supply pressure. This is due to an increase in the concentration of droplets in the outflowing stream. This phenomenon is not suitable for spraying liquids. This was confirmed in a scientific publication [27]. Furthermore, during the tests, the measuring probe of the AWK analyser is located relatively close to the nozzle outlet, which makes it impossible to achieve the appropriate path (length) of the distribution of the water stream quickly flowing out of the nozzle. A continuous stream of liquid begins to break up into droplets only at a certain distance from the nozzle, which is commonly referred to as the required breakup length [30]. In addition, as the distance from the nozzle outlet increases, the kinetic energy of the stream decreases. This is an effect related to the size of the diameters of the produced droplets [50].
Wyniki badan dyszy NF 15 potwierdzajq, ze generuje ona bar-dzo ptaski strumien wody o wqskim pasie zraszania i stabilnym kqcie rozpylenia. Wszystkie parametry mikrostrukturalne swiad-czq o bardzo matej dyspersji i nie pozwalajq na zakwalifikowanie tej dyszy jako dyszy mgtowej. W odniesieniu do rozpylania wody przez dyszç NF 15 na uwagç zastuguje fakt, ze wykazuje ona pogorszenie parametrow mikrostruktury przy wzrastajqcym cisnieniu zasilania. Jest to spowodowane zwiçkszeniem koncen-tracji kropel w wyptywajqcej strudze. Zjawisko to nie sprzyja roz-pylaniu cieczy. Zostato to potwierdzone w publikacji naukowej [27]. Ponadto w czasie badan sonda pomiarowa analizatora AWK znaj-duje siç stosunkowo blisko wylotu dyszy, co uniemozliwia osiq-gniçcie odpowiedniej drogi (dtugosci) rozpadu strugi wody szybko wyptywajqcej z dyszy. Ciqgty strumien cieczy zaczyna siç rozpadac na krople dopiero w pewnej odlegtosci od dyszy, co jest powszechnie okreslane jako wymagana dtugosc rozpadu [30]. Ponadto wraz ze wzrostem odlegtosci od wylotu dyszy maleje energia kinetyczna strugi. Jest to efekt zwiqzany z wielkosciq srednic wytwarzanych kropel [50].
Figure 9. Spray spectrum for NF 15 nozzle Rycina 9. Widmo rozpylenia dla dyszy NF 15
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
a)
L[m|
O.O0 0.05 0.10 0.15 0.20 0_25 0.10 (1,15 0.40 0.4S 0.50
b)
L(m]
O.OO 0.05 O.tO 0.15 0.20 0.25 0.10 0.35 0.40 0.4S 0.50
c)
о.ооф
0.0$ o.io
0.15 ода io.25 0.30 0.35 1.40 0.45 0.50
■i
"Tön II» — I1Ü- — ÏM
= ■ W 50 in. 50
w
!»
пи:
TT
Щ lui i лею mi ч Iii him thmi н<ю 4m
HHP ^OÜ iPKj TOO 4UÜ I'll I 11H ' H ou ohi I ni >-
200
SO
L|m|
O.OO 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.10 0.35 11.40 0.45 0.50
ООП
IMO M
8Я, ЯЮ »
0.10 flf" in2™?,, - so 50
o.ts
0.30
0.30 0.35 II4L 0.45 0.50
! [. JH
UNI 4[H> K[H] PJIKÏ p (.1 KJ I : И-1 Чпъ tiC (s 11 * Ï '
Figure 10. Distribution of the mass spray density of the NF 15 nozzle at a supply pressure of: a) 0.2 MPa, b) 0.4 MPa, c) 0.6 MPa Rycina 10. Rozktad masowej gçstosci zraszania dyszy NF 15 przy cisnieniu zasilania: a) 0,2 MPa, b) 0,4 MPa, c) 0,6 MPa Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
What is noteworthy about the mass density distribution is that regardless of the supply pressure values of the NF 15 nozzle, its spraying area almost does not change. This results in a situation where an increase in the supply pressure of the nozzle, and thus its capacity, significantly changes the value of the maximum spraying density. Between a pressure of 0.2 MPa and 0.6 MPa, the value of this parameter changes more than 3.5 times. The parameter of spray irregularity of the NF 15 nozzle takes on very large values. This is due to the fact that the nozzle feeds the stream in a well-defined zone, while the remaining measurement space remains unsprayed. In such cases, the I parameter is unreliable in assessing the uniformity of spraying, as confirmed by the results obtained for different supply pressures of the NF 15 nozzle.
Potential applications for NF 15 nozzles could be water barrier systems that limit the spread and penetration of hazardous
W rozktadach masowej gçstosci zraszania na uwagç zastu-guje fakt, ze bez wzglçdu na wartosci cisnienia zasilania dyszy NF 15 jej powierzchnia zraszania niemal siç nie zmienia. Powo-duje to sytuacjç, w ktorej wzrost cisnienia zasilania dyszy, a tym samym jej wydajnosci, znaczqco zmienia wartosc maksymalnej gçstosci zraszania. Pomiçdzy cisnieniem 0,2 MP a 0,6 MPa wartosc tego parametru zmienia siç ponad 3,5 razy. Parametr nie-rownomiernosci zraszania dyszy NF 15 przyjmuje bardzo duze wartosci. Jest to spowodowane tym, ze dysza podaje strugç w scisle okreslonej strefie, a pozostata przestrzen pomiarowa pozostaje niezraszana. W takich przypadkach parametr I jest nie-miarodajny w ocenie rownomiernosci zraszania, co potwierdzajq wyniki uzyskane dla roznych cisnien zasilania dyszy NF 15.
Potencjalnym zastosowaniem dysz NF 15 mogq byc systemy barier wodnych ograniczajqcych rozprzestrzenianie i przenikanie
substances or dust. Due to the small volume of the produced stream and the large value of droplet diameters, this nozzle cannot operate volumetrically. This nozzle can be used in cooling systems based on dripping water stream, which, among other things, are used to protect tanks with petroleum liquids. The even distribution of the stream in the spray lane and the simple possibility of changing the concentration of the amount of cooling liquid in this case are undoubted advantages of the NF 15 nozzle.
substancji niebezpiecznych lub pytow. Dysza ta z racji matej kuba-tury wytwarzanego strumienia i duzej wartosci srednic kropel nie moze dziatac objçtosciowo. Moze byc ona takze wykorzystywana w systemach chtodzenia opartych na ociekajqcym strumieniu wody, ktore m.in. sq stosowane do ochrony zbiornikow z cieczami ropopochodnymi. Rownomierny rozktad strugi w pasie zraszania i prosta mozliwosc zmiany koncentracji ilosci cieczy chtodniczej sq w tym przypadku niewqtpliwym atutem dyszy NF 15.
Table 4. Test results for CW 50 nozzle Tabela 4. Wyniki badan dla dyszy CW5 0
Parameter / Parametr
Unit / Jednostka
Symbol / Symbol
Supply pressure of the nozzle / Cisnienie zasilania dyszy
0.2 MPa
0.4 MPa
0.6 MPa
Number of counted droplets / Liczba zliczonych kropel
[Pcs.] / [szt.]
86,541
130,927
173,735
Measurement time of microstructure parameters / [sec.] / t 180 180 180
Czas pomiaru parametrâw mikrostruktury [sek.]
Average quantity diameter / Srednia srednica ilosciowa torn] Dn 160.3 162.6 157.3
Average surface diameter / Srednia srednica powierzchniowa torn] Ds 194.2 193.7 186.8
Average volume diameter / torn] Dv 228.1 222.5 213.8
Srednia srednica objçtosciowa
Average Sauter's mean diameter / Srednia srednica Sautera torn] SMD 314.9 293.6 280.2
90% surface diameter / Srednica powierzchniowa 90% torn] DS0,9 556.5 475.0 445.5
90% volume diameter / torn] DV0,9 697.5 550.5 520.5
Srednica objçtosciowa 90%
Supply pressure of the nozzle (average) / Cisnienie zasilania dyszy (srednia) [MPa] P 0.199 0.402 0.603
Standard deviation of pressure measurement / Odchylanie standardowe pomiaru cisnienia [MPa] Sp 0.001 0.001 0.002
Nozzle performance (average) / Wydajnosc dyszy (srednia) [dm3/h] Q 99.87 130.84 165.27
Standard deviation of pressure measurement / Odchylanie standardowe pomiaru cisnienia [dm3/h] SQ 0.26 0.02 0.35
Spray angle / Kqt rozpylenia [°] a 79.0 80.0 80.0
Maximum spraying density / [g/(s ■ m2)] qmax 45.64 92.93 82.47
K^t rozpylenia
Minimum spraying density / Minimalna gçstosc zraszania [g/(s ■ m2)] qmini 0.67 1.21 2.09
Average spraying density / Srednia gçstosc zraszania [g/(s ■ m2)] Peq 21.20 34.95 33.35
Distribution irregularity of spraying density / Nierâwnomiernosc rozktadu gçstosci zraszania [%] I 212.08 262.46 241.06
Source: Own elaboration. Zrâdto: Opracowanie wtasne.
N
The results of the CW 50 nozzle show exceptional stability regardless of the water supply pressure. The only exceptions to this are the performance and maximum spray density parameters. The CW 50 nozzle generates small droplets with an even distribution. Its stream can be classified as a third class of water mist according to NFPA 750. The CW 50 nozzle exhibits low values of mass spray density, making it suitable only for use in mist extinguishing systems.
Wyniki badan dyszy CW 50 cechujq siç wyjqtkowq stabilnosciq niezaleznie od cisnienia zasilania wodq. Wyjqtek stanowiq tu jedy-nie parametry wydajnosci i maksymalnej gçstosci zraszania. Dysza CW 50 generuje mate krople o rownomiernym rozktadzie. Mozna jej strumien zaklasyfikowac do trzeciej klasy mgty wodnej zgodnie z NFPA 750. Dysza CW 50 wykazuje mate wartosci masowej gçstosci zraszania, co sprawia, ze moze byc ona stosowana jedynie w systemach gasniczych mgtowych.
Figure 11. Spray spectrum for CW 50 nozzle Rycina 11. Widmo rozpylenia dla dyszy CW 50 Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Figure 12. Distribution of the mass spray density of the CW 50 nozzle at a supply pressure of: a) 0.2 MPa, b) 0.4 MPa, c) 0.6 MPa Rycina 12. Rozktad masowej gçstosci zraszania dyszy CW 50 przy cisnieniu zasilania: a) 0,2 MPa, b) 0,4 MPa, c) 0,6 MPa Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
The uniform distribution of spray density, which is highly symmetrical with respect to the axis of stream application, is a great advantage of the nozzle under study in the context of applications in crop spraying systems, among others. The possibility of
Rownomierne rozktady gçstosci zraszania, bardzo syme-tryczne wzglçdem osi podania strumienia, sq duzq zaletq badanej dyszy w kontekscie zastosowan miçdzy innymi w uktadach opry-sku roslin. Mozliwosc zastosowania dyszy CW 50 w takim systemie
using the CW 50 nozzle in such a system is confirmed by the large spray angle and low variability of spray parameters as a function of supply pressure. The CW 50 nozzle, because of its good stream dispersion, can also be used in systems for cleaning the air of hazardous gaseous substances and dust. Unfortunately, the limitation in this case may be the low efficiency of the product under test, which is not conducive to the effectiveness of the processes to which it would be applied. This has been confirmed in studies described in [40], among others.
Conclusion
The test results presented in the article make it possible to determine the potential applications of water nozzles of various types. Based on the evaluation of the micro- and macro-structural parameters produced by the tested nozzles, their advantages and limitations were indicated. The analysis of the test results was directed at determining the possibility of using the type of nozzles mainly in firefighting systems and in the elimination of hazardous substance vapours and dust. The wide range of research presented in the paper and the analysis of other publications on the subject also make it possible to select the design features of a nozzle that are particularly desirable in a given area of application. Moreover, of great value in the work is the evaluation of the effect of the supply pressure of nozzles of different types on the parameters of the streams they generate.
Among the main conclusions of the study are the following:
1. The TF6 FCN and CW 50 nozzles produce a stream that can be classified as an extinguishing mist stream. This provides an opportunity for the potential use of these products in low-pressure mist systems.
2. The compact and homogeneous stream produced by NF 15 nozzles can be a great asset when used in water barrier systems or in spray extinguishing systems with horizontal supply.
3. The CW 50 nozzle can be used in spraying and irrigation systems used in agriculture because of the high uniformity of the stream.
4. The obtained values of spraying density for spiral nozzles and CW 50 do not guarantee proper performance when extinguishing larger fires of solid bodies.
5. The TF 6 FCN and CW 50 nozzles, due to the production of a stream with: large spray angle, high dispersion and uniformity of spray, are likely to be effective in the processes of removing gaseous hazardous substances and dust. However, in case of the CW 50 nozzle, the problem may be its low capacity, which is very important in these processes.
6. Spiral nozzles feed water into the spray ring zone. The amount of water applied directly under the nozzles is small. This applies to spiral nozzles with both hollow and full spray cones.
7. The study proves that in the range of supply pressures of 0.2-0.6 MPa, the nozzles used in the experiment either show no change in spray angle and spray area at all, or
potwierdzajq duzy kqt rozpylania i mata zmiennosc parametrów strugi w funkcji cisnienia zasilania.
Dysza CW 50, z racji dobrej dyspersji strumienia, moze byc równiez wykorzystana w systemach oczyszczania powietrza z niebezpiecznych substancji gazowych i pytów. Niestety ogra-niczeniem moze byc w tym przypadku mata wydajnosc badanego wyrobu, która nie sprzyja skutecznosci procesów, do których mia-taby byc zastosowana. Potwierdzono to m.in. w badaniach opi-sanych w [40].
Wnioski
Przestawione w artykule wyniki badan umozliwiajq okresle-nie potencjalnych zastosowan dysz wodnych róznego typu. Na podstawie oceny wytwarzanych przez badane dysze parametrów mikro- i makrostrukturalnych wskazano ich zalety i ograniczenia. Przeprowadzona analiza wyników badan zostata ukierunkowana na okreslenie mozliwosci stosowania danego typu dysz gtównie w systemach gasniczych oraz przy likwidacji par substancji niebezpiecznych i pytów. Szeroki zakres badan przedstawianych w pracy oraz analiza innych publikacji z tej tematyki pozwalajq równiez na wytypowanie cech konstrukcyjnych dyszy szczegól-nie pozqdanych w danym obszarze zastosowan. Ponadto duzq wartosc w pracy stanowi ocena wptywu cisnienia zasilania dysz róznego typu na parametry generowanych przez nie strumieni.
Wsród gtównych wniosków z przeprowadzonych badan mozna wskazac nastçpujqce:
1. Dysze TF6 FCN oraz CW 50 wytwarzajq strumien, który mozna zaklasyfikowac jako gasniczy strumien mgtowy. Daje to mozliwosc potencjalnego zastosowania tych wyrobów w niskocisnieniowych systemach mgtowych.
2. Zwarta i jednorodna struga wytwarzana przez dysze NF 15 moze byc duzym atutem przy zastosowaniu w ukta-dach barier wodnych lub w zraszajqcych systemach gasniczych z podawaniem horyzontalnym.
S. Dysza CW 50 z racji duzej jednorodnosci strumienia moze znalezc zastosowanie w systemach opryskowych i nawadniajqcych uzywanych w rolnictwie.
4. Otrzymane wartosci gçstosci zraszania dla dysz spiral-nych oraz CW 50 nie gwarantujq wtasciwego dziatania podczas gaszenia wiçkszych pozarów ciat statych.
5. Dysze TF 6 FCN oraz CW 50 z racji wytwarzania strumienia o: duzym kqcie rozpylenia, duzej dyspersji i równo-miernosci zraszania, prawdopodobnie bçdq skuteczne w procesach usuwania gazowych substancji niebezpiecznych i pytów. W przypadku dyszy CW 50 problemem moze byc jednak jej mata wydajnosc, która w tych proce-sach jest bardzo istotna.
6. Dysze spiralne podajq wodç w strefç pierscienia zraszania. Ilosc wody podawana bezposrednio pod dysze jest mata. Dotyczy to dysz spiralnych zarówno o pustych, jak i o petnych stozkach zraszania.
T. Badania dowodzq, ze w przedziale cisnien zasilania 0,2-0,6 MPa dysze uzyte w eksperymencie albo w ogóle nie wykazujq zmiany kqta rozpylenia i powierzchni
the identified changes in this range are insignificant. This makes the work of determining the correct placement of these nozzles in piping systems easier.
8. It can be concluded that the change in supply pressure (within the analysed range) has little effect on the stream generated by the nozzles with full spray cones (TF 6 FCN or CW 50).
9. The parameter I of spray irregularity may be unreliable in evaluating the flat-formed streams found in the NF 15 nozzle. In addition, it can give misleading results, especially when part of the analysed area is not sprayed.
Further work should be directed mainly to the development of mathematical models of the processes in question, as well as laboratory tests performed on a small and large scale that would confirm the applicability of the nozzles under study in a given device or system. Moreover, the scope of the research should be expanded to include more nozzles that differ in design features and parameters. However, in order to do so, it is necessary to look for nozzles that have the characteristics desired for a given application, and exclude those that do not. This is the categorization indicated in this article.
Literature / Literatura
[1] Orzechowski Z., Prywer J. Wytwarzanie i zastosowanie roz-pylonej cieczy, Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2018.
[2] Roguski J., Zbrozek P., Czerwienko D., Wybrane aspekty sto-sowania w obiektach budowlanych urzqdzeñ gasniczych na mgfq wodnq, Wydawnictwo CNBOP-PIB, Józefów 2012.
[3] Ilari A., Piancatelli S., Centorame L., Moumni M., Romana-zzi G., Foppa Pedretti E., Distribution quality of agrochemi-cals for the revamping of a sprayer system based on lidar technology and grapevine disease managemen, "Applied Sciences", 2023, 13(4):2222, https://doi.org/10.3390/ app13042222.
[4] Fessler L., Pietsch G., Wright W., Zhu H., Xiaocun S., Fulcher A., Characterizing spray deposits from variable- and constant-rate spray technologies: Implications for future optimization to target trunk and foliar pests, XXXI Mi^dzynarodowy Kongres Ogrodniczy, 2023, 1360, https://doi.org/10.17660/ ActaHortic.2023.1360.34.
[5] Jiang Y., Yang Z., Xu, X., Shen D., Jiang T., Xie B., Duan J., Wetting and deposition characteristics of air-assisted spray droplet on large broad-leaved crop canopy, "Frontiers in Plant Science" 2023, 14, https://doi.org/10.3389/ fpls.2023.1079703.
[6] Moon S., Li T., Sato K., Yokohata H., Governing parameters and dynamics of turbulent spray atomization from modern GDI injectors, "Energy" 2017, 127, 89-100, https://doi. org/10.1016/j.energy.2017.03.099.
[7] Huang W., Gong H., Pratama R. H., Moon S., Takagi K., Chen Z.,
zraszania, albo zidentyfikowane zmiany w tym zakresie sq nieznaczne. Utatwia to prace zwiqzane z okresleniem prawidtowego rozmieszczenia tych dysz w systemach rurowych.
8. Mozna stwierdzic, ze zmiana cisnienia zasilania (w ana-lizowanym zakresie) ma maty wptyw na strumien gene-rowany przez dysze o petnych stozkach zraszania (TF 6 FCN czy CW 50).
9. Parametr nierównomiernosci zraszania I moze byc nie-miarodajny w ocenie strumieni o ptaskiej formie, jaki wystçpuje w dyszy NF 15. Ponadto moze on dawac mylqce wyniki, zwtaszcza w przypadku gdy czçsc ana-lizowanego obszaru nie jest zraszana.
Dalsze prace nalezy ukierunkowac gtównie na opracowanie modeli matematycznych danych procesów, jak równiez badania laboratoryjne wykonywane w matej i duzej skali, które potwier-dzityby mozliwosci zastosowania badanych dysz w danym urzq-dzeniu lub systemie. Ponadto zakres badan nalezy rozszerzyc
0 wiçkszq liczbç dysz rózniqcych siç cechami konstrukcyjnymi
1 parametrami. W tym celu nalezy jednak poszukiwac dysz cha-rakteryzujqcych siç pozqdanymi do danego zastosowania cechami, a wykluczyc te, które ich nie posiadajq. Takq kategory-zacjç wskazano w niniejszej pracy.
Potential for shock-wave generation at diesel engine conditions and its influence on spray characteristics., "Energies" 2020, 13(23), 6465, https://doi.org/10.3390/en13236465.
[8] Gataj J., Wojcik B., Assessment of the impact of extinguishing with a low-pressure fog lance on a fire environment, "Sustainability" 2022, 14(11), 6731, https://doi. org/10.3390/su14116731.
[9] Drzymata T., Gataj J., Wojcik M., Analiza wptywu wydatku i ustawienia gfowicy prqdownicy TurboJet 52 na rozkfad intensywnoscizraszania w strumieniu rozpylonym, „Zeszyty Naukowe SGSP" 2017, 61, 151-169.
[10] Gui X., Xue H., Hu Z., Cui Z., Influence of water mist nozzle characteristic parameters on oil pool fire extinguishing in confined space, "Arabian Journal for Science and Engineering" 2023, 48(3), 3441-3454, https://doi.org/10.1007/ s13369-022-07162-0.
[11 ] Bara A., Dusserre G., The use of water curtains to protect firemen in case of heavy gas dispersion, "Journal of Loss Prevention in the Process Industries" 1997, 10(3), 179-183, https://doi.org/ org/10.1016/S0950-4230(96)00049-6.
[12] Cui Y., Liu J., Research progress of water mist fire extinguishing technology and its application in battery fires, "Process Safety and Environmental Protection" 2021, 149, 559-574, https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.03.003.
[13] Buchlin, J.-M., Mitigation of industrial hazards by water spray curtains, "Journal of Loss Prevention in the Process Industries" 2017, Part A, 50, 91-100, https://doi.org/10.1016/j. jlp.2017.08.007.
[14] W^sierski T., Majder-topatka M., Wqsik W., Study of water curtain effectiveness to fight against vapours of methyl acetate during uncontrolled release, "MATEC Web of Conferences FESE 2018" 2018, 247, https://doi.org/10.1051/ matecconf/201824700050.
[15] W^sierski, T., Majder-topatka M., Comparison of water curtain effectiveness in the elimination of airborne vapours of ammonia, acetone, and low-molecular aliphatic alcohols, "Applied Sciences" 2018, 8(10), https://doi.org/10.3390/ app8101971.
[16] Cheng Ch., Tan W., Du H., Liu L., A modified steady-state model for evaluation of ammonia concentrations behind a water curtain, "Journal of Loss Prevention in the Process Industries" 2015, 36, 120-124, https://doi.org/ org/10.1016/j.jlp.2015.05.018.
[17] W^sierski T., Majder-topatka M., Wqsik W., Control of ammonia space contaminations by using turbine fire-fighting vehicles, "Przemyst Chemiczny" 2017, 1(5), 145-149, https://doi.org/10.15199/62.2017.5.21.
[18] Fedoruk M.J., Bronstein R., Kerger B.D., Ammonia exposure and hazard assessment for selected household cleaning product uses, "J. Expo. Anal. Sci. Environ. Epidemiol." 2005, 15(6), 534-544, https://doi.org/10.1038/sj.jea.7500431.
[19] Zhang J., Liang P, Liu Y., Impingement and breakup characteristics of free opposed impinging jets with unequal nozzle diameter, "Experimental Thermal and Fluid Science" 2023, 145, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2023.110884.
[20] Shen X., Zhang J., Hua M., Pan X., Experimental research on decontamination effect of water curtain containing compound organic acids on the leakage of ammonia, "Process Safety and Environmental Protection" 2017, 105, 250-261, https://doi.org/10.1016/_j.psep.2016.10.016.
[21] Fedak W., Ulbrich R., Ligus G., Wasilewski M., Kotodziej S., Wasilewska B., Ochowiak M., Wtodarczak S., Krupinska A., Pawlenko I., Influence of Spray Nozzle Operating Parameters on the Fogging Process Implemented to Prevent the Spread of SARS-CoV-2 Virus, "Energie" 2021, 14(14), 4280, https:// doi.org/10.3390/en14144280.
[22] Ochowiak M., Krupinska A., Wtodarczak S., Matuszak M., Woziwodzki S., Szulc T., Analysis of the possibility of disinfecting surfaces using portable foggers in the era of the SARS-CoV-2 epidemic, "Energies" 2021, 14(7), https://doi. org/10.3390/en1407201.
[23] Ochowiak M., Wtodarczak S., Krupinska A., Matuszak M., Fedak, W., Ligus G., Kotodziej S., Wasilewska B., Spray curtains as devices for surface spraying during the SARS-CoV-2 pandemic, "Environ. Res." 2022, 206, 112562, https://doi. org/10.1016/j.envres.2021.112562.
[24] Zbrozek P, Prasuta J., Wpiyw wielkosci srednic kropli mgly wodnej na efektywnosc tlumienia pozarów i chfodzenie, BiTP Vol. 15 Issue 3, 2009, pp. 113-148, https://panel.sft.cnbop. pl/storage/46730e51-ab6c-4e41-83c8-e82249dbce2f.
[25] Orzechowski Z., Prywer J., Wytwarzanie izastosowanie roz-pylonej cieczy, w Wydanie I, WNT, Warszawa 2008.
[26] Ochowiak M., Krupinska A., Wtodarczak S., Matuszak M., Markowska M., Janczarek M., Szulc T., The two-phase
conical swirl atomizers: Spray characteristics, „Energies"
2020, 13(13), 3416, https://doi.org/10.3390/en13133416.
[27] Wqsik W., Rogula-Koztowska W., Majder-topatka M., Ocena mikrostruktury strumienia wytwarzanego przez dyszq spi-ralnq o petnym stozku zraszania "Zeszyty Naukowe SGSP"
2021, 79, 105-122.
[28] Wqsik W., Walczak A., Wçsierski T., The impact of fog nozzle type on the distribution of mass spray density, "MATEC Web of Conferences FESE" 2018, 247, https://doi.org/10.1051/ matecconf/201824700058.
[29] Birouk M., Lekic N., Liquid jet breakup in quiescent atmosphere, "Atomization and Sprays" 2009, 19(6), 501-528, https://doi.org/10.1615/atomizspr.v19.i6.20.
[30] Qian S., Zhu D. Z., Xu H., Splashing generation by water jet impinging on a horizontal plate, "Experimental Thermal and Fluid Science" 2022, 130, https://doi.org/10.1016/ j.expthermflusci.2021.110518.
[31] Majder-topatka M., Wçsierski T., Wqsik W., Binio t., Effects of the Supply Pressure in a Spiral Vortex Nozzle on a Dispersion Angle and the Sprinkling Density of Water Jet, "Zeszyty Naukowe SGSP" 2017, 61, 137-151.
[32] Hua M., Qi M., Yue, T.-T., Pi X.-Y., Pan X.-H., Jiang J.-C., Experimental Research on Water Curtain Scavenging Ammonia Dispersion in Confined Space, "Procedia Eng." 2018, 211, 256-261, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.12.011.
[33] Instrukcja obstugi Analiza Widma Kropel IPS, Zaktad Elek-tronicznej Aparatury Pomiarowej Firma KAMIKA Instruments Sp. z o.o., Warszawa 2009.
[34] Wqsik W., Majder-topatka M., Rogula-Koztowska W., Influence of micro- and macrostructure of atomized water jets on ammonia absorption efficiency, "Sustainability" 2022, 14, 9693, https://doi.org/10.3390/su14159693.
[35] BETE Europe GmbH, Catalog card nozzles TF 2023, https:// www.bete-dysze.pl/files/bete-duesen-de/pdf/vollkegel/ tf.pdf [dostçp: 01.01.2023].
[36] BETE Europe GmbH, Catalog card nozzles TF 2023, https:// www.bete-dysze.pl/files/bete-duesen-de/pdf/hohlkegel/ tf.pdf [dostçp: 01.04.2023].
[37] BETE Europe GmbH, Catalog card nozzles NF 2023, https:// www.bete-dysze.pl/files/bete-duesen-de/pdf/flachstrahl/ nf.pdf [dostçp: 01.04.2023].
[38] BETE Europe GmbH, Catalog card nozzles CW 2023, https://www.bete-dysze.pl/files/bete-duesen-de/pdf/voll-kegel/cw.pdf [dostçp: 01.04.2023].
[39] Wçsierski T., Effectiveness of water curtains during fighting against vapors of saturated linear low molecular mass alcohols during its uncontrolled release, "Przemyst Chemiczny" 2015, 5, 728-730, https://doi.org/10.15199/62.2015.5 13.
[40] Majder-topatka M., Wçsierski T., Wqsik W., Wptyw typu dyszy rozpylajqcej na skutecznosc absorpcji obtoku amo-niaku powstatego w wyniku awarii przemystowej BiTP Vol. 42 Issue 2, 2016, pp, 127-134, https://doi.org/10.12845/ bitp.42.2.2016.13.
[41] Gataj, J., Drzymata, T., Piqtek P., Analysis of influence of tilt angle on the distribution of water droplets diameters in a spray generated by the turbo master 52 nozzle,
"Procedia Engineering" 2017, 172, 300-309. https://doi. [46] org/10.1016/j.proeng.2017.02.118.
[42] Kraus-Namrozy N., Brzezinska D., Effectiveness of swirl
water mist nozzles for fire suppression, "International Jour- [47] nal of Environmental Research and Public Health" 2022, 19(23), https://doi.org/10.3390/ijerph192316328.
[43] Buchlin J.-M., Thermal shielding by water spray cur- [48] tain, "Journal of Loss Prevention in the Process Industries" 2005, 18(4-6), 423-432, https://doi.org/10.1016/ j.jlp.2005.06.039. [49]
[44] Piatek P., Gataj J., Analysis of the influence of the spraying angle on the distribution of sprinkling intensity by a selected turbo water nozzle, " MATEC Web of Conferences" 2018, [50] 247, https://doi.org/10.1051/matecconf/201824700008.
[45] Cote A.E., Fire protection handbook, National Fire Protection Association, Inc., Quincy, Massachusetts 2003.
PN-EN 12259-1:2005 State urzqdzenia gasnicze. Podze-spoty urzqdzen tryskaczowych i zraszaczowych - Czçsc 1: Tryskacze.
PN-EN 12845:2008 State urzqdzenia gasnicze. Automa-tyczne urzqdzenia tryskaczowe. Projektowanie, instalowa-nie i konserwacja.
PN-EN 14972-1:2021 State urzqdzenia gasnicze. Zestawy instalacji mgty wodnej - Czçsc 1: Projektowanie, instala-cja, przeglqd i konserwacja.
NFPA 750 Standard on Water Mist Fire Protection Systems [Systemy gasnicze na mgtç wodnq], Standard Narodowego Stowarzyszenia Ochrony Przeciwpozarowej, Quincy 2023. Gai G., Hadjadj A., Kudriakov S., Mimouni S., Thomine O., Numerical study of spray-induced turbulence using industrial fire-mitigation nozzles, "Energies" 2021, 14(4), 1135, https://doi.org/10.3390/en14041135.
JUNIOR BRIG. WIKTOR W^SIK, M.SC. ENG. - graduate of the Fire Safety Engineering Department of the Main School of Fire Service in Warsaw, where he received his engineering and master's degrees in 2007. From 2007 to 2011, an employee of the Scientific and Research Centre for Fire Protection-PIB as an inspector in the Laboratory of Fire Protection Units' Technical Equipment (BS). Since 2011, he has been employed at the Department of Rescue and Firefighting Equipment (Department of Fire Technology) at the Main School of Fire Service in Warsaw. He currently holds a lecturer position and teaches undergraduate courses in the subject of rescue and firefighting equipment. Author or co-author of research positions, participant in research projects and statutory work. His scientific achievements include publications in scientific and technical journals, speeches at scientific conferences and seminars. He is the co-inventor of several utility models and one patent. He is also a co-author of the university's script Sprzqt ratowniczy i gasniczy (Rescue and Fire Fighting Equipment). In his scientific research, he deals with the following topics: rescue and firefighting equipment and vehicles, fixed firefighting equipment, neutralization of hazardous substances, and water spraying. In 2018, he opened a doctoral dissertation on the impact of spray nozzle parameters on the process of removing ammonia released into the environment as a result of an accident.
ML. BRYG. MGR INZ. WIKTOR W^SIK - absolwent Wydziatu Inzynie-rii Bezpieczenstwa Pozarowego Szkoty Gtöwnej Stuzby Pozarniczej w Warszawie, w ktörej w 2007 r. uzyskat tytuty inzyniera i magistra. W latach 2007-2011 pracownik Centrum Naukowo-Badawczego Ochrony Przeciwpozarowej-PIB na stanowisku inspektora w Zespole Laboratoriöw Technicznego Wyposazenia Strazy Pozarnej i Technicz-nych Zabezpieczen Przeciwpozarowych (BS). Od 2011 r. zatrudniony w Zaktadzie Sprz^tu Ratowniczo-Gasniczego (Katedra Techniki Pozarniczej) w Szkole Gtöwnej Stuzby Pozarniczej w Warszawie. Obecnie zajmuje stanowisko wyktadowcy i prowadzi zaj^cia dydaktyczne na studiach pierwszego stopnia z przedmiotu sprz^t ratowniczo-gasni-czy. Autor lub wspötautor stanowisk badawczych, uczestnik projektöw badawczych i prac statutowych. W jego dorobku naukowym znajduj^ si§ publikacje w czasopismach naukowych i technicznych, wystgpienia na konferencjach i seminariach naukowych. Jest wspöttwörcg kilku wzo-röw uzytkowych i jednego patentu. Jest röwniez wspötautorem skryptu uczelnianego Sprz^t ratowniczy igasniczy. W prowadzonych badaniach naukowych zajmuje si^ tematykg: sprz^tu ratowniczo-gasniczego i pojaz-döw pozarniczych, statych urzgdzen gasniczych, neutralizacji substancji niebezpiecznych, rozpylania wody. W 2018 r. otworzyt przewöd doktorski dotyczgcy wptywu parametröw dysz rozpylajgcych na proces usuwania amoniaku uwolnionego do srodowiska w wyniku awarii.
Ministerstwo Edukacji i Nauki
Ttumaczenie na jçzyk angielski artykutöw naukowych (takze ich streszczen), w tym artykutöw recenzyjnych, w pötroczniku „Safety & Fire Technology" - zadanie finansowane ze srodköw Ministerstwa Edukacji i Nauki w ramach programu „Rozwöj Czasopism Naukowych" (umowa nr RCN/SP/0560/2021/1).
