Диссертация (1172932), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Сложный комплекс явлений, сопровождающих этот процесс, затрудняетсоздание надежной теории. В настоящее время существуют следующие основныеточки зрения на механизм распыления [99–104]:– распад под влиянием осесимметричных возмущений, возрастающих подвоздействием капиллярных сил, может быть распространен на тонкие струи,движущиеся с малыми скоростями;– распад под воздействием турбулентных пульсаций, приводящих к отрывуотдельных частиц жидкости;– распад под воздействием кавитационных явлений, возникающих вследствие колебательных процессов, которые сопровождают течение жидкости передраспылением;– распад под влиянием внешних инерционных сил, роль которых становитсявесьма существенной при высоких скоростях истечения.Независимо от предлагаемого механизма (образование поверхностныхмикроволн, турбулентность жидкости, кавитация) причиной образования капельявляется колебательный процесс, развивающийся вблизи среза сопла распылителя.Основным внешним фактором считается воздействие на поверхность струи аэродинамической силы, стремящейся деформировать и разорвать струю.

Внутреннимипричинами являются различного рода начальные возмущения, связанные с конструкцией распылителя, качеством его изготовления, нарушением цилиндрической формы струи при выходе из сопла, вибрации сопла и др. Под влиянием всехэтих причин частицы жидкости, прилегающие к поверхности струи (пленки),смещаются, поверхность деформируется и отклоняется от равновесной формы.57Увеличение свободной энергии поверхности, связанное с деформациейструи, ведет к проявлению действия молекулярных сил, стремящихся сократитьобщую поверхность струи и придать ей форму, соответствующую равновесию.Частицы жидкости, выведенные из равновесного положения, стремятся вновьвернуться к нему.

Проходя через положения равновесия по инерции, они вновьиспытывают действие восстановительных сил и т. д. В результате таких возмущений на поверхности струи (пленки) возникают колебания, которые из-за существования множества возмущений могут накладываться друг на друга. При этомони могут затухать или возрастать в зависимости от физических параметров струии окружающей среды, а также от условий истечения. С ростом амплитуды колебаний устойчивость струи нарушается, и она распадается на отдельные частицы.Из физических параметров на распад струи жидкости наиболее существенновлияют вязкость (ж) и поверхностное натяжение (), а также плотности жидкости(ж) и окружающего газа (г). Вязкость оказывает стабилизирующее влияниена распад струи. При увеличении поверхностного натяжения наблюдается общеезамедление распада струи (пленки) жидкости.Значительное влияние на распад струи оказывает отношение плотностейгаза и жидкости (г/ж) и критерий Вебера:we = (wжжdстр)/,(3.1)где wж – относительная скорость струи; dстр – диаметр струи.Из режимных параметров наиболее существенным является относительнаяскорость движения струи (пленки) жидкости в газовом потоке, которая, в своюочередь, во многом определяется способом распыления.

Чаще всего распылениеклассифицируют исходя из условий перемещения струи. Учитывая это, можновыделить следующие способы распыления жидкости: гидравлическое, механическое, пневматическое, пульсационное, ультразвуковое и электрическое.Гидравлическое распыление. По этому способу жидкость дробится за счетдавления нагнетания при свободном распаде струи (пленки или первичныхкрупных капель), вытекающей с большой скоростью из соплового отверстияраспылителя.58Распыливающие устройства, с помощью которых реализуется этот способ,широко известны под названием механических (гидравлических) форсунок.В зависимости от скорости истечения жидкости из форсунки различают нескольковидов распада струи (рисунок 3.1).Рисунок 3.1 – Виды распада жидкостнойструи при гидравлическом распылении:а) осесимметричный распад;б) волнообразный распад;в) распылениеа)б)в)При малых скоростях струя на некотором расстоянии от сопла благодарявозникающим осесимметричным деформациям, амплитуда которых постепенновозрастает, распадается на отдельные крупные капли равных диаметров.

С увеличением скорости истечения жидкости возникают волнообразные деформации,ось струи искривляется, эти деформации усиливаются и приводят к волнообразному распаду. Наконец, при дальнейшем увеличении скорости струи длина нераспавшегося участка резко сокращается и струя начинает распадаться вблизисопла. Последний вид распада называют распылением. Аналогично распадаютсяжидкостные пленки.Результаты опытов, проведенных в лабораториях сверхвысоких давленийРАН [99], показали, что не распавшийся участок струи сохраняется даже приочень высоких давлениях. По оценочным расчетам, нарушение сплошности дляводы наблюдается примерно при давлении 5105 кПа.Распад капель также зависит от скорости истечения.

При малой скоростикапли не дробятся и увлекаются воздухом. С увеличением скорости капли теряютустойчивость и распадаются на более мелкие. При очень больших скоростяхкапля под влиянием перепада давления на ее поверхности образует тело, похожеена эллипсоид, которое быстро сплющивается в центре и превращается в жидкое59кольцо с тонкой оболочкой, носящей название «мешок». Диаметр кольца всеболее увеличивается, «мешок» разрушается и появляется множество мельчайшихкапель. Наконец и само кольцо дробится на мелкие капли.Гидравлическое распыление является наиболее экономичным (2–4 кВт на 1 тжидкости), однако создаваемый при этом распыл довольно грубый и неоднородный,затруднено регулирование расхода при заданном качестве дробления, а такжераспыление высоковязких жидкостей в холодном состоянии. Вместе с тем, этотспособ наиболее широко распространен вследствие сравнительной его простоты.Механическое распыление осуществляется с помощью механизмов, вращающихся от специального привода.

Жидкость приобретает кинетическую энергию вследствие действия центробежных сил. Как и в случае гидравлическогораспыления, в зависимости от конструкции распыляющего механизма (диск,стакан, конус и др.), дроблению подвергается струя или пленка жидкости.Характер дробления жидкости в данном случае, в значительной мере, определяется ее расходом.

При очень малом расходе на кромке вращающегося дискавозникает жидкий тор, который под действием центробежных сил деформируется и на нем образуются шаровидные узлы, которые затем отрываются в видеотдельных капель. При увеличении расхода эти узлы вытягиваются в тонкиеструи и нити. Число нитей увеличивается, достигая постоянной величины. Придальнейшем увеличении расхода нити не могут пропустить всю жидкость из тора,он сбрасывается с кромки и образует пленку.

Вначале эта пленка вытягиваетсяна определенное расстояние от кромки, затем распадается на нити и крупныекапли.К достоинствам этого способа следует отнести возможность распылениявысоковязких и загрязненных жидкостей и широкого регулирования производительности распылителя без существенного изменения дисперсности. К основнымнедостаткам относятся дороговизна вращающихся распылителей, которые сложныв изготовлении и эксплуатации, более энергоемки (15 кВт на 1 т жидкости) и,кроме того, обладают вентиляционным эффектом. Механическое распылениеиспользуют главным образом для дробления вязких жидкостей и суспензий.60Пневматическое распыление.

В этом случае диспергирование являетсяследствием динамического взаимодействия потока распыляемой жидкостис потоком распыливающего газа (пара). Последний выходит из канала с большойскоростью (50–300 м/с), скорость же истечения струи жидкости невелика. Прибольшой относительной скорости потоков между струями газа и жидкости возникаеттрение, вследствие чего струя жидкости, будучи как бы закрепленной с однойстороны, вытягивается в отдельные тонкие нити. Эти нити в местах утоньшениябыстро распадаются и образуют мелкие капли.

Длительность существованиястатически неустойчивой формы в виде нитей зависит от скорости газа и физических свойств жидкости. Чем больше скорость, тем тоньше нить, тем меньшепериод ее существования и тем более дисперсным получается распыл.К достоинствам пневматического способа относятся малая, по сравнениюс гидравлическим, зависимость качества распыления от расхода жидкости,надежность в эксплуатации, возможность распыления высоковязких жидкостей.Недостатки: повышенный расход энергии на распыление (50–60 кВт на 1 т жидкости),необходимость в распыливающем агенте и в связанном с ним оборудовании.Электрическое распыление.

Струю (пленку) жидкости подают в областьсильного электрического поля. Под действием этого поля на поверхности жидкости происходит некоторое распределение давления, которое деформирует струю.Деформации могут достичь большой амплитуды и привести к образованиютонких струй, которые затем дробятся.Недостатки электрического распыления: необходимость в громоздкоми дорогостоящем оборудовании, его высокая энергоемкость, а также весьманезначительная производительность и сложность обслуживания.

Вместе с тем,этот метод находит применение в некоторых распылительных сушилках и в процессах окраски методом распыления.Ультразвуковое распыление. Различают две схемы ультразвукового распыления. В первом случае струя (пленка) жидкости подается на колеблющийсяэлемент пьезоэлектрического или магнитострикционного генератора, во втором –она подвергается действию ультразвуковых колебаний воздуха.61По сущности протекающих процессов – это два различных способа, которыеобъединяет лишь наложение на жидкость колебаний сверхзвуковых частот.Поэтому первый способ распыления называется ультразвуковым, а второй –акустическим.Недостатками пьезоэлектрических и магнитострикционных устройствявляются их малая производительность (от 0,5 до 6,0 л/ч) и необходимость применения сложного дорогостоящего оборудования.

Характеристики

Список файлов диссертации