22

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

РЕФЕРАТ

Отчет 47с., 16 рис., 6 табл., 27 источников.

АЭРОЗОЛЬ, ДИСПЕРСНОСТЬ, ГЕНЕРАЦИЯ АЭРОЗОЛЯ, СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ, ПОЖАPОТУШЕНИЕ, ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Объектом исследования являются вопросы применения ракетных двигателей в технологических процессах, применительно к задачам генерации мелкодисперсного аэрозоля и газопламенной обработке материалов.

Цель проведения работы – получение новых экспериментальных и аналитических зависимостей для многофазных струйных потоков, расширяющих исследованные диапазоны и позволяющих совершенствовать конструкции и методы использования новых технологических установок созданных на базе ракетных двигателей.

Получены экспериментальные данные по формам струй содержащих перегретую жидкую фазу и дисперсным характеристикам капель аэрозоля образующегося после их диспергирования.

Проведен анализ струйных течений, в том числе многофазных, применительно к проблеме создания упрощенной методики для оценки распределения концентрации аэрозоля внутри помещения.

Разработаны основы конструкции и намечены пути экспериментального исследования установки пульсирующей газопламенной обработки материалов.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Использование ракетных двигателей различного типа позволяет создать образцы новой техники, например, для резки различных материалов, газопламенного напыления, пожаротушения и т.д. - обладающие уникальными характеристиками, что защищено рядом патентов РФ. Однако, переориентация изделий требует проведения новых исследований, необходимость которых вызвана изменением условий работы и целевого назначеня, а так же расширением диапазонов эксплуатационных параметров установок, созданных на их основе по сравнению с исследованными ранее.

Данная работа выполняется на базе научного и технического задела по разработке ракетных двигателей, созданного на кафедре «Э-1» МГТУ им. Н.Э.Баумана при непосредствен­ном участии руководителя и ведущих исполнителей данной темы.

Мелкодисперсный аэрозоль образующийся при диспергировании перегретой воды находит все большее применение для тушения пожаров /¹,²/. Быстро и эффективно получить такой аэрозоль можно в термохимическом пароаэрозольном генераторе (ТПАГ) ( патент РФ N 2036674 ). В первом разделе данного отчета, приведенен анализ дисперсности проб аэрозоля, образующегося при истечении многофазного потока сопровождающегося тепловым “взрывом” перегретых капель жидкой фазы.

Проведенные эксперименты по тушению с помощью ТПАГ /2,³/, показав принципиальную возможность организации тушения в объеме (за экранами закрывающими очаги пожара от прямого воздействия струй), с другой стороны продемонстрировали возможность значительно повысить эффективность тушения очагов за счет оптимизации распределения аэрозоля. Представляет значительный интерес разработать упрощенную методику оценки концентраций аэрозоля в различных точках помещений произвольной формы при различных вариантах подачи струй тушащего аэрозоля. В основе такой методики, с нашей точки зрения, могут лежать интегральные закономерности теории турбулентных струй. Поэтому, в разделе 2 приведены результаты исследований турбулентных струй, в том числе многофазных, применительно к означенной проблеме.

Большой интерес представляют нестационарные потоки (и устройства которые могут их создавать), которые обеспечивают в ряде случаев более эффективное дробление или разрушение материала /⁴, ⁵/. Анализ подходов к разработке генератора пульсирующего потока для резки различных материалов дан в разделе 3.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ,
СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ИНДЕКСОВ

 - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;

 - плотность, кг/м³

d_m - медианный диаметр, м;

d_max - максимальный диаметр капель в выборке , м;

d_s - диаметр струи, м;

g - парогаз

k - капля

P - давление, Па;

p - пузырек

R_min - радиус ячейки, м;

R_p - радиус пузырька, м;

R_к - радиус капли, м;

S - площадь, м²

t - время, с

T - температура, K;

V_p - скорость роста пузырька пара, м/с;

W - скорость потока, м/с;

We_p - число Вебера;

ЖРД МТ - жидкостной ракетный двигатель малой тяги

ТПАГ - термохимический пароаэрозольный генератор

1ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ АЭРОЗОЛЕЙ ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ РЕЗКОМ СБРОСЕ ДАВЛЕНИЯ

При работе ТПАГ образуется струя, содержащая газообразные, жидкие, и твердые продукты оказывающие комбинированное тушащее воздействие. Обзор тушащих свойств различных газообразных, порошкообразных и жидких средств, проведенный в /Error: Reference source not found/ показал, что одной из важнейших характеристик тушащего аэрозоля, отвечающей за эффективность его использования в различных условиях является его дисперсность. При этом отмечалось, что в зависимости от условий может существовать оптимальный уровень дисперсности аэрозоля, обеспечивающий минимальный расход тушащего средства или максимальную скорость ликвидации очага пожара. В связи с этим, одной из актуальных задач является определение дисперсных характеристик тушащего аэрозоля, которые помогли бы с одной стороны оптимизировать режимные параметры и конструкцию ТПАГ, а с другой выработать рекомендации по опти­маль­ному воздействию струй ТПАГ на очаги пожара различного типа.

1.1Дисперсность частиц в аэрозолях из разрушающихся капель и струй

Проведенный информационный анализ источников показал, что число публикаций по исследованию дисперсного состава капель при вскипании жидкости не велико, к тому же, многие исследования выполнены малоточными методами.

Процесс распада струи перегретой воды при истечении ее в окружающую среду рассматривался в работе /⁶/. Опыты проводились при начальных давлениях воды от 0.1 до 0.45 МПа. Утверждается, что имеющие одинаковое поперечное сечение сопла, но отличающиеся друг от друга формой (круглое, треугольное, четырехугольное, а также сопла с винтовой канавкой закрутки выходящей жидкости) дают при одном и том же давлении на входе (определяещем степень перегрева) аэрозоль одинаковой дисперсности. Тот факт, что при равных условиях размер капель в очень малой степени зависит от формы, а зависит только от площади сечения сопла, объясняется тем, что процес термодиспергирования идет более интенсивно по сравнению с процессом гидродинамического дробления. Следует отметить, что распределения капель по размерам строились автором по небольшой выборке капель (50 штук). Поэтому результаты могут сильно отличаться от реального распределения капель по фракциям. Результаты экспериментов показали, что чем выше температура жидкости, тем большей дисперсности получается аэрозоль. Связь размера получаемых капель с давлением пара носит гиперболический характер:

Pd_m=const (1)

Зависимость между размером получаемых капель и диаметром круглого сопла – линейная, причем размер капель убывает по длине струи. Например, если на срезе сопла капли имеют средний диаметр 120 мкм, то на расстоянии 3.7 метра от среза сопла - менее 30 мкм. Автор предполагает, что дробление капель воды вследствие кипения происходит за время, порядка 10^-3 с.

В работе /⁷/ исследовался распыл перегретой воды и концентрированных растворов СаСl₂. при давлении в резервуаре 12-15 МПа, что значительно выше давления насыщенного пара при температурах 160–320С. Использовались струйные форсунки диаметром 0.28-0.8 мм с отношением длины цилиндрической части сопла к его диаметру меньше двух. Установлено, что по мере роста температуры перегрева жидкости величина среднего диаметра капель уменьшалась. Обобщенная формула для расчета получаемого диаметра капель выглядит следующим образом:

d_m =d_s(216-0,9We)Re^-0,56, (2)

, ,

где значения критериев лежат в диапазонах Re=2010⁴-1310⁵ и We=3-15.