Диссертация (1172932), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Ультразвуковое распылениеявляется более экономичным и перспективным по сравнению с пневматическим,хотя и сохраняет все недостатки последнего. Однако конструкция ультразвуковыхраспылителей несколько сложней.Пульсационное распыление заключается в том, что возмущения, вызывающиедробление струи (пленки) жидкости, усиливаются за счет пульсаций давленияи изменения расхода, которые создаются периодическим перекрытием проходныхканалов (или соплового отверстия) распылителя. Пульсации давления приводятк увеличению поверхностной энергии струи, быстрой потере устойчивости и,как следствие, к более тонкому распылению, чем при первых трех способах.Пульсационное распыление может сочетаться с любым из рассмотренныхвыше способов, то есть может быть реализовано пульсационно-гидравлическое,пульсационно-механическое, пульсационно-пневматическое распыление и т.
д.При этом преимущества того или иного способа дополняются повышением качества и однородности дробления, происходящем в ряде случаев без увеличенияэнергозатрат и при незначительном усложнении конструкции распылителей.Анализ рассмотренных выше способов распыления жидкостей позволяетсделать следующие выводы:– течение жидкости перед распылением должно быть преобразовано в такиеформы (струя, пленка), которые обладают наибольшей поверхностной энергией,а поэтому неустойчивы и быстро распадаются;– распыление жидкости при любых способах обусловлено потерей устойчивости течения в струях или пленках в связи с возникновением на поверхностираздела жидкости и газа неустойчивых волн.62В зависимости от конкретных условий производства и требований к качеству и дисперсности готового продукта наиболее экономичным может оказатьсялюбой из рассмотренных способов.3.1.1 Характеристики распыловОт качества распыления жидкости зависит эффективность многих технологических процессов в аппаратах и системах различных отраслей народного хозяйства.
Многообразие требований, предъявляемых к процессу распыления жидкостей при решении конкретных технических задач, вызвало необходимость всесторонних исследований процесса распыления как физического явления, котороеобуславливает следующие основные показатели [97–104]:– дисперсные характеристики, определяющие распыл как некоторую совокупность частиц различных размеров;– характеристики распределения, показывающие распределение капельжидкости по сечению факела распыла;– характеристики формы, позволяющие оценить размеры и конфигурациюфакела;– расходные характеристики, обеспечивающие возможность определенияпропускной способности распыливающего устройства;– гидродинамические параметры, характеризующие распыл как некоторуюдинамическую двухфазную систему, состоящую из капель и газа (который заключен в полости факела) и взаимодействующую с окружающим газом;– энергетические характеристики, определяющие экономическую эффективность способа распыления и конструкцию распыливающего устройства.При этом, важно отметить, что только расходные и энергетические характеристики связаны с конструкцией распыливающего устройства, а все остальныеотносятся к уже сформировавшемуся распылу [36, 97, 101].Рассмотрим более подробно выше перечисленные показатели.63Дисперсные характеристики.
Форсунки, как известно, дробят жидкость намиллиарды капель различных размеров, суммарная поверхность которых измеряется десятками квадратных метров. Степень распыления (дисперсности) определяют методами математической статистики.Весь спектр капель разбивают на ряд фракций с постоянным шагом d,определяемым шириной спектра, то есть разностью между максимальными минимальным диаметрами капель в распыле таким образом, чтобы число фракций было достаточно велико (обычно от 10 до 15 и более). В качестве диаметра,характеризующего фракцию, как правило, принимается его среднеарифметическое значение, обозначаемое di, где индекс i – номер фракции.
Таким образом,непрерывная совокупность капель заменяется некоторой дискретной последовательностью с определенной численностью частиц, соответствующей каждомуинтервалу.Теперь, если нанести на график число капель (ni), имеющих диаметр di,то получим кривую распределения числа капель по диаметрам, которую принятоназывать кривой частот. Если нанести на график суммарное число капель с диаметрами, меньшими данного (di), то получим суммарную кривую распределениячисла капель по диаметрам.Чаще всего используют относительные частоты распределения числа (илиповерхности или объема) капель по диаметрам. Тогда при P = 0 получаем кривуюотносительных частот распределения числа капель (I0); при Р = 2 – кривую относительных частот распределения поверхностей капель (I2); при Р = 3 – кривуюотносительных частот распределения объемов капель (I3). Эти кривые называютдифференциальными кривыми распределения.В практике обычно используют суммарные (интегральные) кривые распределения, которые менее чувствительны к колебаниям числа и размера капельи легче «выравниваются» при графическом интегрировании.
Суммарные кривыепоказывают относительное количество (поверхность, объем) капель, диаметрыкоторых меньше заданного.64Для описания кривых распределения предложены различные зависимости.Наибольшее распространение нашло уравнение Розина-Раммлера [100, 101],которое хорошо согласуется с многочисленными экспериментальными данными,полученными для самых различных распылителей:R3 exp[ (d i / a m ) n ] ,(3.2)где R3 – объемная доля капель, диаметр которых больше di; am – постояннаяразмера, то сеть средний диаметр капель, соответствующий определенномузначению R3(0,3679); n – постоянная распределения, характеризующая степеньразнородности распыла.При di = am имеем R3 = 0,3679, то есть 36,79 % (масс.) капель имеют диаметрбольше di. При наличии опытной кривой распределения константы am и n легконаходятся.Таким образом, дисперсность распыла можно полностью оценить, еслиизвестны константы в уравнении кривой распределения и два средних диаметра.Задача значительно упрощается, когда распределение подчиняется уравнениюРозина-Раммлера, так как оно позволяет определить любой средний диаметр.В инженерной практике часто не представляется возможным экспериментально исследовать мелкость распыления.
Для определения дисперсных характеристик используют эмпирические (критериальные) уравнения, связывающие этихарактеристики с основными факторами и полученные при обобщении экспериментальных материалов для каждой конструкции или класса распылителей.К основным факторам относятся: геометрические параметры распылителя, скорость истечения жидкости, ее физические свойства, а также физические свойстваокружающего газа. Геометрические параметры зависят, прежде всего, от типаи конструкции распыливающего устройства, более подробному рассмотрениюкоторых, посвящены последующие разделы настоящей работы. Из физическихсвойств жидкости наиболее существенными являются вязкость и поверхностноенатяжение, а из физических свойств газа – вязкость и плотность.
Ниже рассматриваются некоторые основные факторы, влияющие на дисперсность [97, 99,102–104].65Влияние вязкости жидкости. При увеличении вязкости распыливаемойжидкости распыл становится более грубым, но и более однородным. Однако,показатель степени при ж колеблется в широких пределах (от 0,2 до 0,9), чтообъясняется зависимостью степени влияния вязкости от диапазона и области ееварьирования. При малых вязкостях (до 300–500 Пас) ее влияние незначительно,но при дальнейшем увеличении оно начинает быстро возрастать.Влияние поверхностного натяжения.
В процессе дробления жидкостис возрастанием поверхностного натяжения размер капель увеличивается.Влияние плотности жидкости. Роль плотности жидкости достаточно мала,что объясняется ее изменением в малом диапазоне практически для всех распыляемых жидкостей.Влияние вязкости газа. Увеличение вязкости газовой среды вызывает некоторое уменьшение размера капель.Влияние плотности газа. При струйном истечении жидкости из распылителяв случае увеличения плотности (давления) газовой среды, в которую распыляетсяжидкость, в 2–3 раза, размер капель несколько уменьшается. При дальнейшем же ееувеличении (в 6–20 раз) диаметр капель перестает зависеть от изменения плотностигаза.Влияние скорости истечения жидкости.
Качественная зависимость мелкостираспыления от скорости истечения хорошо согласуется с экспериментальнымиданными. С увеличением скорости истечения жидкости размер капель уменьшается вначале быстро, а затем, более плавно.Таким образом, необходимо отметить, что при выборе той или иной зависимости для расчета дисперсных характеристик нужно учитывать не только конструкцию распылителя и режим его работы, но и физические свойства распыляемой жидкости и газовой среды.Характеристики распределения. Распределение жидкости в факеле распылахарактеризуется полем удельных потоков плотностей орошения в различных точкахфакела.
Удельным потоком жидкости называют отношение ее секундного расходак величине площадки, перпендикулярной направлению движения капель.66Поскольку траектории полетов капель значительно отличаются от прямолинейных траекторий, на практике удельным потоком считают отношение секундного расхода жидкости к величине площадки, перпендикулярной оси сопла,то есть q = Vж / f.Качественно оценить характер распределения можно по графикам, а дляколичественной оценки используются коэффициенты радиальной (kнр) и окружной (kа) неравномерности. Радиальную неравномерность называют иначе степеньюзаполнения факела, которая показывает, насколько поле удельных потоков в контрольном сечении отличается от идеального равномерного распределения, длякоторого q = const. Окружная неравномерность показывает, насколько факел распыла симметричен относительно его оси.
Поэтому коэффициент окружной неравномерности называют еще показателем асимметрии.Характеристики распределения обуславливаются, прежде всего, классоми конструкцией распыляющего устройства, а, количественно, еще и расстояниемот распылителя до контрольного сечения, так как все распылы при удалении отраспылителя имеют склонность к выравниванию. Некоторому выравниваниюспособствует также и увеличение скорости истечения.Характеристика формы. К характеристикам формы относятся угол,дальнобойность и диаметр факела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
