Russian Federation
Kazan, Kazan, Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
The main characteristics are considered and calculations of the main indicators of nozzle devices are given. Laboratory tests of nozzles of various configurations were carried out to determine the working width of the spot at different distances to the irrigated surface and the angle of the spray pattern, and dependencies were established to determine their effective mode of operation. As a result of testing nozzles with different spray patterns when determining the impact force of the jet, it was found that as the spray angle increases, the value of the impact force of the jet F decreases. This is due to the fact, that with an increase in the initial jet velocity, the torch length reaches a maximum, not only does the kinetic energy increase, but the sizes (diameters) of the sprayed medium drops, which leads to a decrease in droplet mass and an increase in the aerodynamic resistance of the torch jet particles. A bench for determining the impact force of a jet of various nozzles was developed and test results were obtained. During operation, due to the erosive wear of the jet holes of the nozzles, its diameter increases, as a result, the working atomization pressure drops, and the number and size of large particles increase. Therefore, periodically it is necessary to check the diameter of the nozzle holes and not to use nozzles, that have a hole diameter greater than the initial one by 10 or more percent. In the study of nozzles, the dependences of nozzles’ characteristics on the initial parameters of the outflow of the liquid jet to the dispersity and shape of the torch were established. The values of irrigation spot width are established depending on the angle of the torch and the distance from the nozzle to the irrigated surface. The magnitude of the impact force of the jet, which occurs at the point of contact of the fluid jet with the irrigated surface, is determined.
dispersion, nozzle, spray pattern, torch spray angle, impact force of stream, irrigated surface
Введение. Во многих отраслях имеется ряд задач, которые уже в течение длительного времени особенно эффективно решаются при помощи форсуночных устройств.
Оптимальный результат достигается только в тех случаях, когда с момента планирования до этапа реализации применяются высокотехнологичные технические решения в той или иной отрасли [1].
При этом для решения одной и той же проблемы зачастую могут быть использованы принципиально разные форсунки.
Для того чтобы обеспечить выбор наиболее эффективного решения в каждом конкретном случае, необходимо провести обзор и анализ рабочих характеристик форсуночных устройств [2,3,4].
Анализ и обсуждение результатов исследования. К основным характеристикам форсунок относятся: расход (производительность), корневой угол факела форсунки, ширина распыла, размер капель распыляемой среды, ударная сила струи.
Расходный показатель форсунки зависит от давления жидкости на входе в форсунку [5,6].
Теоретическую зависимость расхода и давления описывает следующая формула:
где: Q – расход жидкости через форсунку, л/с;
k – коэффициент пересчета;
P1 – рабочее давление жидкости в системе, кг/см2;
P2 – потери давления в трубопроводах и в форсунке, кг/см2.
Для расчета расходного показателя какой-либо форсунки при распылении жидкости, отличающейся от воды плотностью, расходный показатель необходимо умножить на коэффициент пересчета этой жидкости. Плотность является отношением массы объема какой-либо жидкости к массе того же объема воды [7]. Данный коэффициент пересчета учитывает только влияние плотности на расход и не учитывает никаких других факторов влияния. Значения коэффициента пересчета приведены в табл. 1.
Из зависимости расходной характеристики и давления вытекает, что при увеличении давления в 4 раза расход распыляемой жидкости увеличиваться примерно в 2 раза. Кроме этого, повышенное давление введет к уменьшению размера капель и оказывает влияние на угол распыла, а также на степень покрытия
орошаемой поверхности [8,9].
Необходимо отметить, что плотность и вязкость распыляемой жидкости оказывают влияние на объем проходящего через форсунку потока (расход) [4,8].
Авторами настоящей статьи в лабораторных условиях были проведены исследования форсунок с различными углами распыла жидкости. В качестве распыляемой среды взята вода с температурой 25 оС. В основу этих расчетов было положено теоретическое допущение, что угол факела распыла остается неизменным по всей длине струи.
Опытные значения ширины пятна орошения в зависимости от угла факела и расстояния от форсунки до орошаемой поверхности приведены в табл. 2.
В приведенной таблице прочерками отмечены ячейки, где практически не происходит покрытия жидкостью орошаемой поверхности ввиду сноса капель, другими словами, качество покрытия орошаемой поверхности зависит не только от рабочего давления, но и от расстояния до орошаемой поверхности и угла факела форсунки.
Размер капли является ключевым фактором при выборе распылителя. Например, более мелкие частицы из-за малых размеров и веса длительно остаются во взвешенном состоянии. Время «зависания» таких частиц в разы больше, чем при обычном крупнокапельном орошении, кроме того, мелкодисперсные частицы жидкости распределяются равномернее и площадь взаимодействия с орошаемой поверхностью увеличивается [10].
При диспергировании жидкости капли имеют самые разные размеры. Диапазон размеров называется спектром капель. Спектр капель зависит от вида распыляемой жидкости, расхода, давления, формы угла факела и значительно отличается от формы к форме. Наименьшие по размеру капли (мелкодисперсный распыл) достигаются форсунками двухфазных сред, самые
крупные – полноконусными форсунками при гидравлическом распылении [10,11].
1. Ivanov B.L. Dispersnye sistemy dlya tekhnicheskikh sredstv raspyleniya dezrastvorov. // Tr. mezhdunar. nauchn. konf. “Matemat. metody v tekhnike i tekhnologii”, sektsiya 3. (Disperse systems for technical means of spraying disinfectants. / Ivanov B.L., Rudakov A.I., Nafikov I.R., Proceedings of International scientific conference “Mathematic methods in engineering and technology”, section 3). Pskov, 2009. P. 25-27.
2. Patent na poleznuyu model RF №119264 “Pnevmaticheskiy raspylitel”. [Pneumatic nebulizer]. / Ivanov B.L., Lushnov M.A., Markin O.Yu., Nafikov I.R., Rudakov A.I. // Zayavl. 28.02.2012; Opubl. 28.08.2012. Bul. №23.
3. Patent na poleznuyu model RF № 123475 “Struynyy raspylitel zhidkostey”. [Jet fluid dispenser]. / Ivanov B.L., Lushnov M.A., Markin O.Yu., Nafikov I.R., Rudakov A.I. // Zayavl. 28.02.2012; Opubl. 27.12.2012; Bul. №36.
4. Andrizhievskiy A.A. Mekhanika zhidkosti i gaza: uchebnoe posobie. [Fluid and gas mechanics: study guide]. / A.A. Andrizhiyevskiy. - Minsk: Vysheyshaya shkola, 2014. - P. 208.
5. Gelfand B.E. Razrushenie kapel zhidkosti. [Destruction of liquid droplets]. / B.E. Gelfand, M.V. Silnikov, K. Takayama. - Sankt-Peterburg: Izd-vo Politekhnicheskogo un-ta, 2008. - P. 306.
6. Kotousov L.C. Investigation of the speed of water jets at the exit of nozzles with different geometries. [Issledovanie skorosti vodyanykh struy na vykhode iz sopel s razlichnoy geometriey]. // ZhTF. - 2005. - Vol. 75, issue 9. - P. 8-14.
7. Simakov N.N. Crisis resistance of drops at transition numbers of Reynolds in a turbulent two-phase flow of a spray torch of a mechanical nozzle. [Krizis soprotivleniya kapel pri perekhodnykh chislakh Reynoldsa v turbulentnom dvukhfaznom potoke fakela raspyla mekhanicheskoy forsunki]. // ZhTF. 2004. - Vol. 74, issue 2. P. 46-50.
8. Ananikov S.V. Drop’s motion a in a free stream. [O dvizhenii kapli v svobodnoy strue]. / S.V. Ananikov, E.V. Polyakov // Izv. VUZov. Aviatsionnaya tekhnika. - Proceedings of Institute of higher education. Aviation. - 1977. - №1. P. 11-16.
9. Terekhov V.I. Experimental and numerical studies of non-stationary evaporation of liquid droplets. [Eksperimentalnoe i chislennoe issledovaniya nestatsionarnogo ispareniya kapel zhidkosti]. / V.I. Terekhov, V.V. Terekhov, N.E. Shishkin, K.Ch. Bi // Inzh.-fiz. zhurnal. - Engineering and fizical lournal. 2010. Vol. 83, № 5. P. 829−836.
10. Han Z., Parrish E., Farrell P.Y., Reitz R.D. Modeling atomization processes of pressure-swirl hollow-cone fuel sprays // Atom. Sprays. 1997. - Vol. 7. - P. 663-684.
11. Fuks N.A. Isparenie i rost kapel v gazoobraznoy srede. [Evaporation and growth of droplets in a gaseous medium]. - M.: Mir, 1986. - P. 314.
12. Kawaguchi T., Akasaka Y., Maeda M. Size measurements of droplets and bubbles by advanced interferometric laser imaging technique // Measurement Science and Technology. 2002. Vol. 13. P.308 − 316.
13. Vasilev A.Yu., Mayorova A.I. Fizicheskie osobennosti drobleniya zhidkostey razlichnymi sposobami raspylivaniya, TVT. [Physical features of the fragmentation of liquids by various methods of atomization], 2014, vol. 52, issue 2, P. 261-270.
14. Handbook of Atomization and Sprays / Ed. Naser Ashgriz. N.Y.: Springer, 2011. P. 935.
