сотрудник
Россия
сотрудник
Казань, Республика Татарстан, Россия
сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Рассмотрены основные характеристики и приведены расчеты основных показателей форсуночных устройств. Проведены лабораторные испытания форсунок различных конфигураций, с целью определения рабочей ширины пятна при различном расстоянии до орошаемой поверхности и угле факела распыла, а также установлены зависимости по определению эффективного режима их работы. В результате испытаний форсунок с различными формами распыла при определении ударной силы струи выявлено, что по мере увеличения угла распыла факела значение ударной силы струи F уменьшается. Это связано с тем, что при увеличении начальной скорости струи длина факела достигает максимума, при этом не только растет кинетическая энергия, но и уменьшаются размеры (диаметры) капель распыляемой среды, что приводит к уменьшению массы капель и увеличению аэродинамического сопротивления частиц струи факела. Разработан стенд для определения ударной силы струи различных форсунок и получены результаты испытаний. В ходе эксплуатации из-за эрозионного изнашивания сопловых отверстий форсунок увеличивается их диаметр, в результате падает рабочее давление распыливания, увеличивается число и размер крупных частиц. Поэтому, необходимо периодически проверять диаметр отверстий сопел и не использовать форсунки, у которых диаметр отверстий больше начального на 10 и более процентов. При исследовании форсунок установлены зависимости характеристик форсунок от начальных параметров истечения струи жидкости до дисперсности и формы факела. Установлены значения ширины пятна орошения в зависимости от угла факела и расстояния от форсунки до орошаемой поверхности. Определена величина силы удара струи, которая возникает в месте контакта струи жидкости с орошаемой поверхностью.
Распыление, форсунка, форма распыла, угол распыла факела, ударная сила струи, орошаемая поверхность
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. Иванов Б.Л. Дисперсные системы для технических средств распыления дезрастворов/ Иванов Б.Л., Рудаков А.И., Нафиков И.Р.// Тр. междунар. научн. конф. «Математ. методы в технике и технологии», секция 3, Псков, 2009 г. с. 25-27.
2. Патент на полезную модель РФ №119264 «Пневматический распылитель»/Иванов Б.Л., Лушнов М.А., Маркин О.Ю., Нафиков И.Р., Рудаков А.И.//Заявл. 28.02.2012; Опубл. 28.08.2012. Бюл. №23.
3. Патент на полезную модель РФ № 123475 «Струйный распылитель жидкостей»/Иванов Б.Л., Лушнов М.А., Маркин О.Ю., Нафиков И.Р., Рудаков А.И.//Заявл. 28.02.2012; Опубл. 27.12.2012; Бюл. №36.
4. Андрижиевский А.А. Механика жидкости и газа: учебное пособие / А.А. Андрижиевский. - Минск: Вышэйшая школа, 2014. - 208 с.
5. Гельфанд Б. Е. Разрушение капель жидкости / Б. Е. Гельфанд, М.В. Сильников, К. Такаяма. - Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического ун-та, 2008. - 306 с.
6. Котоусов Л.C. Исследование скорости водяных струй на выходе из сопел с различной геометрией // ЖТФ. - 2005. - Т. 75, вып. 9. - С. 8-14.
7. Симаков H.H. Кризис сопротивления капель при переходных числах Рейнольдса в турбулентном двухфазном потоке факела распыла механической форсунки// ЖТФ. 2004. - Т. 74, вып. 2. С.46-50.
8. Анаников С.В. О движении капли в свободной струе/ С.В. Анаников, Е.В. Поляков // Изв. ВУЗов. Авиационная техника. - 1977. - №1. C.11-16.
9. Терехов В.И. Экспериментальное и численное исследования нестационарного испарения капель жидкости/ В.И. Терехов, В.В. Терехов, Н.Е. Шишкин, К.Ч. Би// Инж.-физ. журнал. 2010. Т. 83, № 5. С. 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. Фукс Н. А. Испарение и рост капель в газообразной среде.- М.: Мир, 1986. - 314 с.
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. Васильев А.Ю., Майорова А.И., Физические особенности дробления жидкостей различными способами распыливания, ТВТ, 2014, том 52, выпуск 2, C. 261-270.
14. Handbook of Atomization and Sprays / Ed. Naser Ashgriz. N.Y.: Springer, 2011. P. 935.
