The study of the disperse composition of the liquid torch spray of centrifugal-jet nozzle

Full Text

Введение Для защиты воздушного бассейна от вредных выбросов промышленных производств широко применяются мокрые газоочистные аппараты. Эксплуатационная надежность и эффективность мокрых газоочистных аппаратов в значительной мере обусловлена правильным выбором распыливающих устройств (форсунок). Форсуночный подвод жидкости широко применяется в различных по назначению видах технологического оборудования. Это делает актуальной задачу разработки новых, удовлетворяющих потребностям промышленности конструкций форсуночных распылителей и методов их расчета. Эффективность технологических процессов зависит от целого ряда параметров, образующихся при распыле капель: дисперсного состава, равномерности распределения капель по сечению скруббера и гидравлического распыла, характеризующего контакт капель с газовым потоком. Целью данной работы является исследование процесса распыливания капель механической центробежно-струйной форсункой для определения основных качественных и количественных параметров распыла и разработка на их базе надежных методов расчета форсунки. Постановка задачи Одной из важнейших характеристик форсунок является размер образующихся при распыливании капель. На практике применяются различные виды параметров, характеризующих средний размер капель: среднеарифметический , средний поверхностный , средний объемный , средний объемно-поверхностный по Заутеру , средний геометрический диаметр , среднемассовый , медианный по массе и другие [1, 2]. Выбор одного из этих параметров зависит от задачи, решаемой в аппарате с подводом форсуночного орошения. Например, при оценке эффективности осаждения взвешенных частиц базируются на значении среднего линейного диаметра капель , а при расчете массо- и теплообменных процессов используют значения среднемассового или среднеобъемного диаметра капель или . Скорость испарения частиц определяется линейным распределением , оптическая плотность и осаждение частиц под действием силы тяжести и инерции средне поверхностным [3, 4]. Существует различные методы определения характеристик распыла. В настоящей работе приведены результаты исследований гидравлической форсунки электрическим счетно-импульсным методом, основанным на использовании импульсов, возникающих в цепи при ее замыкании каплями жидкости при известной величине зазора между концами игл датчика, помещенного в факел распыла[5]. Исследования и результаты Данные исследования проводились на экспериментальной установке при распыле капель воды центробежно-струйной форсункой с диаметром сопла 4 мм. При комнатной температуре давление жидкости перед форсункой изменялось в пределах от 0,2 до 0,6 МПа. Центробежно-струйная форсунка широко применяется в технике газоочистки. Принцип действия форсунки основан на двустороннем подводе жидкости. Часть жидкости подводится тангенциально в камеру закручивания или проходит по винтовым периферийным каналам вставки, образуя вращающий поток. Другая часть проходит через центральное отверстие вставки, образуя сплошную струю, причем ее диаметр должен быть несколько больше внутреннего диаметра кольцевого потока, вращающегося в сопловом канале. Тогда за счет взаимодействия вращающаяся жидкость будет закручивать центральную струю, создавая единый поток, который на выходе из сопла образует факел в виде сплошного конуса. На основании экспериментальный данных (определении количества капель в определенном интервале их размера-фракции) были рассчитаны средние диаметры: – по нижеприведенным формулам при давлении распыла Р от 0,2 МПа до 0,6 МПа: , (1) , (2) , (3) , (4) , (5) , (6) где: – текущий размер капли в середине фракции, м; – число капель диаметром во фракции; – общее число капель. Медианный диаметр капель по массе , полученных в результате экспериментов, рассчитывался по фракциям с построением кривых в вероятностно-логарифмической сетке, характеризующих распределение величины массы капель от их диаметра . , (7) где: ρж = 1000 кг/м3 – плотность воды. Полученные в результате построения прямые (рисунок 1) свидетельствуют о логарифмически-нормальном распределении размеров капель при распыле жидкости центробежно-струйной форсункой. а б Рисунок 1 – Дисперсное распределение капель в вероятностно-логарифмической системе координат, при давлении Р=0,4 МПа для dг, dm (а) и для dг, d1,d2,d3 (б) Результаты расчетов средних диаметров по формулам (1) – (7) сведены в таблицу 1. Таблица 1 Средние размеры капель (мкм) Было проведено сопоставление полученных экспериментальных данных средних величин капель с рядом наиболее известных зависимостей для их расчета, приводимых в литературе: · для расчета [6]: , (8) где: – диаметр сопла, м; – коэффициент заполнения сопла форсунки (для исследованной форсунки = 0,8); – критерий Рейнольдса ; Р – давление распыла, Па; – плотность жидкости, кг/м3; – кинематическая вязкость жидкости, м2/с; · для расчета [7]: ; (9) · для расчета [8]: , (10) где: ; n – количество входных отверстий; – радиус камеры форсунки, м; – радиус входного отверстия форсунки, м; , – поверхностное натяжение жидкости, Н/м; · для расчета формула Лонгвелла [9]: , (11) α – корневой угол факела распыла, град. Рисунок 2 – Сопоставление экспериментальных и расчетных данных для среднеарифметического диаметра Рисунок 3 – Сопоставление экспериментальных и расчетных данных для медианного по массе диаметра Результаты расчета по формулам (8-11) dрасч для экспериментальной форсунки также приведены в таблице 1. На рисунках 2 – 3 приведены сопоставления экспериментальных и расчетных данных для среднеарифметического и медианного диаметра. Выводы Наилучшая сходимость экспериментальных и расчетных данных наблюдается для значений формула (8) и формула (11). Величина расхождения для не превышала 5%, а для не превышала 3%. Полученные данные позволяют рекомендовать зависимости (8) и (11) для оценки средних размеров капель при распыле жидкости центробежно-струйной форсункой.

About the authors

A. Y Valdberg

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: д.т.н.проф
Dr. Eng., Prof.

K. P Makeeva

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

N. E Nikolaikina

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: nikols_153@mail.ru
Ph.D., Prof.

References

Supplementary files