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;

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:

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.

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.

 

Рис. 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.