CC BY
40
УДК 66.069.832
Л. Н. Москалев, И. Н. Москалев, С. А. Вилохин, М. Р. Халиков
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАПЕЛЬ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ВОДЫ ИЗ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ
ФОРСУНКИ С ВКЛАДЫШЕМ
Ключевые слова: центробежная форсунка, распределение капель по размерам.
Исследовано распределение капель при истечении воды из центробежной форсунки малой производительности с вкладышем в комнатную среду. Определена начальная скорость капель в зависимости от диаметра их. Получена аппромаксимационная зависимость скорости капель от их диаметра.
Keywords: centrifugal atomizer, the droplet size distribution.
The distribution of water droplets at the expiration of the swirler low productivity with a liner in the room environment. With an initial velocity of droplets as a function of their diameter. Received appromaksimatsionnaya drop velocity dependence of their diameter.
Как известно, на процессы тепло- массообмена, кроме внутренних контактных устройств, особое положительное влияние оказывают устройства распыливания жидкостей [1]. В разработанном на кафедре МАХП КНИТУ тепло- массообменном устройстве вихревого типа [2, 3] используется центробежная форсунка с вкладышем рис. 1.
Рис. 1 - Центробежная форсунка малой производительности с вкладышем закручивания потока жидкости. Бш - внешний диаметр штуцера, мм; ^ - внутренний диаметр штуцера, мм; ^ - диаметр сопла, мм; Бс - диаметр форсунки, мм; Бк - диаметр камеры форсунки, мм; Ьк - высота камеры форсунки, мм; Ьф - высота форсунки, мм; Ьо5ш - общая высота форсунки, мм; 0 - конусность сопловой части форсунки, град; Ь - ширина канала завихрителя, мм; а - угол наклона каналов завихрителя, град
Струя жидкости, распыливаемая данной форсункой рис.1, распадается на большое число капель, размеры которых существенно меньше выходного диаметра сопла [4]. Размер капель, получаемых при диспергировании жидкости центробежными форсунками, является одной из основных характеристик, определяющих
эффектность оборудования. Тепло- массоперенос происходит на поверхностях капель, спектр
размеров которых находится в широком диапазоне, т.е. поток капель является полидисперсным. Теоретические формулы для определения размеров капель отсутствуют, а эмпирические формулы применимые только в области исследуемых параметров [5, 6]. Экспериментальные данные по распыливанию жидкости центробежной форсункой с вкладышем с аналогичными геометрическими размерами, после тщательного литературного поиска - выявить не удалось.
Цель настоящей работы - провести экспериментальное исследование распределения капель при истечении воды из центробежной форсунки с вкладышем в комнатную среду.
Авторами данной работы проводились эксперименты по истечению подкрашенной воды с температурой 21°С из центробежной форсунки при давлении Рабс = 3,5 атм, в комнатную среду. Фотографирование капель фотокамерой «Nikon CoolPix L810», с 26-ти кратным увеличением (рис. 2), позволило определить размеры и число капель.
Рис. 2 - Фотография факела распыла воды температурой 21°С из центробежной форсунки с вкладышем
На фотографии (рис. 2) видно:
1. выходящий из центробежной форсунки поток, является полидисперсным;
2. максимальный и минимальный диаметры капель;
3. количество капель с различным спектром размеров, представлены в табл. 1 и на рис. 3.
Таблица 1 - Качество распыливания центробежной форсункой с вкладышем
Диаметр капель, Распределение Число замеренных
мкм капель, % капель, шт
87,81 30,69 512
175,61 14,68 245
219,51 11,45 191
241,46 10,73 179
285,37 9,53 159
307,32 8,63 144
351,22 6,53 109
439,02 4,55 76
526,83 2,63 44
614,63 0,23 4
658,54 0,11 2
702,44 0,11 2
790,24 0,05 1
100 1668
движутся ближе к оси форсунки по сравнению с крупными каплями.
Рис. 4 - Скорость капель различного диаметра распыленной, центробежной форсункой с вкладышем, воды с температурой 21°С.
00 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Рис. 3 - Распределение капель воды, температурой 21°С по размерам, распыленной центробежной форсункой с вкладышем
Из табл. 1 и из графика рис. 3 видно, что основная часть капель имеет диаметр до 500 мкм.
По полученному распределению капель распыленной воды в неподвижную среду, определялась начальная скорость капель по формуле (1), предложенному в работе [7]:
Эк =■
гк • Рк
2
6 • бк
(1)
где гк - радиус капли, м; ркж - плотность капли, кг/м3; 5кж - коэффициент поверхностного натяжения Н/м2.
Вычисленная по формуле (1) скорость капель представлена на рис. 4. Из графика рис. 4 видно, что скорость капель увеличивается по мере увеличения массы их. Согласно исследований [4, 5, 6, 8, 9] и экспериментов авторов, визуально наблюдалось, что капли с наименьшим диаметром
Получена аппроксимационная
логарифмическая зависимость скорости капель от их размера (2):
дк = 9,64141п(<^) - 35,186 (2)
Погрешность данной зависимости составляет не более 3%. Данную зависимость можно применять при следующих расчетах:
1. траектории капель;
2. деформации капли в зависимости от гидродинамических параметров и теплофизических свойств потока влияющего на нее;
3. тепло- массообмен капли (конденсация, испарение).
Литература
1. Л.Н. Москалев, С.И. Поникаров, В.В. Алексеев, И.И. Поникаров. Вестник Казанского технологического университета. Т. 15. №18, 189-191 (2012)
2. Л.Н. Москалев, С.И. Поникаров, В.В. Алексеев, И.И. Поникаров. Вестник Казанского технологического университета. Т. 14. №14, 318 (2011)
3. Пат. Ш 124778 и1 МПК Е28В 3/08 (2012)
4. В.С. Галустов. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. Энергоатомиздат, Москва, 1989. 240 с.:ил.
5. Л.А. Витман, Б.Г. Кацнельсон, И.И. Палеев. Распыливание жидкости форсунками. Государственное энергетическое издательство, Москва. 61-71 (1962)
6. Лышевский А.С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. МАШГИЗ. Москва, 1963
7. А.Л. Душкин, А.В. Карпышев, М.Д.Сегаль. Оптимизация параметров потоков тонкораспыленных огнетушащих веществ. Пожаровзрывобезопасность. №1, 39 - 44 (2010)
8. Д.Г. Пажи, В.С. Галустов В.С. Основы техники распыливания жидкостей. Химия. Москва, 9-16 (1984)
9. Ю.И. Хавкин. Центробежные форсунки. «Машиностроение». Ленинград, 108-120 (1976).
31,5 30
28
S 25
,5 24
22
21
5 19
18
16
13
,5 12
0
© Л. Н. Москалев - зав. лаб. МАХП, КНИТУ, [email protected]; И. Н. Москалев - магистрант каф. МАХП, КНИТУ; С. А. Вилохин - канд. техн. наук, доцент каф. МАХП, КНИТУ, [email protected]; М. Р. Халиков - магистрант каф. МАХП, КНИТУ, [email protected].
© L. Moskalev - Head of Laboratory of MECP, KNRTU, [email protected]; I. Moskalev - undergraduate, machinery and equipment of chemical plants, KNRTU; S. Vilohin - Candidate of Technical Science, Associate Professor, machinery and equipment of chemical plants, KNRTU, [email protected]; M. Halikov - undergraduate, machinery and equipment of chemical plants, KNRTU, [email protected].
