Распыливание жидкости
Распыливание жидкости.
8.5.1. Характеристики распыливания жидкости
Струя жидкости, истекающая в газовую среду, неустойчива и по мере удаления от сопла (насадка) дробится на капли. В ряде случаев требуется дополнительное воздействие для увеличения стенки распыливания. Высокая степень распыливания, например, требуется при подаче топлива в ДВС, ТРД, РД, в топки нагревательных печей и парогенераторов.
Причинами распыливания являются:
неустойчивость жидкого цилиндра;
влияние внешней среды;
вихревые движения в потоке перед насадкой;
Рекомендуемые материалы
механическое внешнее влияние на струю.
Для распыливания жидкостей применяют устройства, называемые форсунками.
Основные типы форсунок: струйные, центробежные, пневматические, ультразвуковые. механические.
Примерный расчёт центробежной форсунки.
Живое сечение потока жидкости в сопле равно
При осевой составляющей скорости массовый расход через форсунку равен
или
Коэффициент живого сечения равен
Из параметров форсунки и струи можно составить критерий, который называют геометрическим фактором форсунки.
где 
- число тангенциальных отверстий.
С учётом гидравлических потерь геометрический фактор принимает значение
Коэффициент 
находят из зависимости
где
С учётом указанного выше остальные параметры определяют с помощью следующих зависимостей:
8.5.2. Эффект эжекции
Эффект эжекции заключается в том, что поток с более высоким давлением, движущийся с большой скоростью, увлекает за собой среду низкого давления. Увлеченный поток называется эжектируемым. В процессе смешения двух сред происходит выравнивание скоростей, сопровождающееся, как правило, повышением давления.
Основная особенность физического процесса заключается в том, что смешение потоков происходит при больших скоростях эжектирующего (активного) потока.
Так как коаксиальные струи распространяются не в атмосфере с постоянным давлением, а ограничены стенками канала или камерами смешения, среднее осевое количество движения, осредненное по массовому расходу, не сохраняется постоянным, и статическое давление может изменяться вдоль оси х. Пока скорость эжектирующего потока больше скорости эжектируемого потока в камере смешения постоянного радиуса, будет иметь место увеличение давления в направлении х, где ядра поглощаются благодаря быстрому смешению сдвиговых слоев (ядро - та часть прямого потока, которая входит в канал).
Процесс смешения потоков в камере эжектора схематически иллюстрирована на рис. 1.
Рис.1. Смешение потоков в камере эжектора
В сечении 0 - 0, совпадающем с началом камеры смешения, средние скорости рабочего (эжектирующего) потока VE и всасываемого (эжектируемого) потока VEJ являются исходными. За этим сечением расположен начальный участок смешения потоков, где по центру сохраняется ядро скорости рабочего потока, не охваченное процессом смешения. В пределах ядра скорости потока постоянны и равны средней скорости истечения из сопла VE.
Аналогичное ядро постоянных скоростей можно наблюдать в пределах кольцевой области, охватываемой всасываемым потоком. Между этими областями постоянных скоростей расположена зона турбулентного обмена, где скорости потоков постоянно меняются от VE в ядре рабочего потока до VEJ в зоне всасываемого потока. Начальный участок заканчивается в створе, где выклинивается ядро рабочего потока.
Когда точки выклинивания ядра скорости рабочего потока и ядра скорости всасываемого потока не совпадают, между начальным и основным участком появляется переходный участок, в пределах которого имеется только одна из зон постоянных скоростей.
Смешение потоков в камере эжектора сопровождается изменениями осредненного давления вдоль проточной части. По мере выравнивания профиля поперечного распределения скоростей потоков и уменьшения от сечения к сечению средней скорости суммарного потока происходит повышение давления.
Повышение давления в зоне смешения канала постоянного радиуса без учета поверхностного трения о стенку может быть определено по формуле
,
где р0 - давление в сечении 0-0; р1 - давление в сечении 1-1 (рис. 1); r - плотность вещества; VE - скорость рабочего потока; VA - скорость всасываемого потока; АE - отношение площадей сопла и камеры (относительное расширение).
Эффект проявляется, например, в цилиндрической трубе при наличии не менее двух струйных течений с различными скоростями.
Вещественный поток принимает форму канала или камеры, в которой происходит смешение потоков.
Лекция "1 Введение" также может быть Вам полезна.
Простейшая эжекционная система входит в комплектацию бытовых пульвелизаторов, пылесосов. Для технической реализации эффекта эжекции достаточно направить поток воздуха от домашнего пылесоса в приемный патрубок системы, изображенной на рис. 2.
Ðèñ. 2. Техническая реализация эффекта эжекции
1 - трубка с потоком эжектирующего воздуха; 2 - патрубок подвода эжектируемой жидкости; 3 - резервуар с эжектируемой жидкостью; 4 - поток воздуха; 5 - конус распыления эжектируемой жидкости.
Бернуллиевское разрежение в потоке воздуха вытягивает жидкость (водный окрашенный раствор) из резервуара, и поток воздуха распыляет ее путем отрыва капель с торца патрубка подвода. Перепад высоты между уровнем жидкости в резервуаре и точкой распыления (торцом патрубка) составляет 10 - 15 см. Внутренний диаметр трубки с газовым потоком - 30 - 40мм, патрубка подвода - 2 - 3мм.
Повышение давления эжектируемого потока без непосредственной механической энергии применяется в струйных аппаратах, которые используются в различных отраслях техники: на электростанциях - в устройствах топливосжигания (газовые инжекционные горелки); в системе питания паровых котлов (противокавитационные водоструйные насосы); для повышения давления из отборов турбин (пароструйные компрессоры); для отсоса воздуха из конденсатора (пароструйные и водоструйные эжекторы); в системах воздушного охлаждения генераторов; в теплофикационных установках; в качестве смесителей на отопительных водах; в промышленной теплотехнике - в системах топливоподачи, горения и воздухоснабжения печей , стендовых установках для испытания двигателей; в вентиляционных установках - для создания непрерывного потока воздуха через каналы и помещения; в водопроводных установках - для подъема воды из глубоких скважин; для транспортирования твердых сыпучих материалов и жидкостей.
