ВИМІРЮВАННЯ ДИСПЕРСНОГО СКЛАДУ КРАПЕЛЬ У ВИСОКОШВИДКІСНОМУ ГАЗОРІДИННОМУ ПОТОЦІ ЗА ПНЕВМАТИЧНОЮ ФОРСУНКОЮ З ВИКОРИСТАННЯМ ЛІЧИЛЬНО-ІМПУЛЬСНОГО МЕТОДУ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2025.4.03Ключові слова:
диспергування рідини, лічильно-імпульсний метод, дисперсна структура, якість розпилювання, швидкість потоку, регулювання перепаду тиску, інтенсифікація процесів тепломасообмінуАнотація
У роботі досліджено дисперсну структуру крапель у високошвидкісному газорідинному потоці, сформованому пневматичною форсункою з багатоканальним спеціальної шнековим завихрювачем. Така форсунка створює полоконусний факел диспергованої рідини з великим кутом розкриття і високою якістю розпилювання. Це є актуальним для використання в топках та тепломасообмінних апаратах з обмеженими розмірами активного простору.
Для локальних вимірювань дисперсних параметрів краплинного потоку використано лічильно-імпульсний метод, що базується на реєстрації імпульсів електричного струму, які виникають при замиканні електродів краплями електропровідної рідини. При цьому за допомогою однопараметричної залежності, яка описує дисперсний склад крапель, є можливість розрахувати диференціальні та інтегральні функції розподілення об’єму крапель за діаметрами, модальний, медіанний, умовно максимальний діаметри крапель, а також питому витрату об’ємі рідини в різних точках краплинного потоку.
Експериментально показана залежність модального діаметра сукупності крапель диспергованої рідини від швидкості руху повітря на виході з форсунки та співвідношення витрат повітря та рідини.
Встановлено, що для відповідної швидкості витікання повітря з форсунки при поступовому зменшення відносної витрати повітря, є її порогове значення, при якому автомодельна зона за крупності розпилювання рідини переходить в зону, де крупність крапель помітно зростає.
Результати досліджень дають можливість регулювання процесом диспергування рідини за рахунок швидкості витікання повітря з форсунки, тобто, за перепадом його тиску до і після розпилювача за умов оптимізації експлуатаційних витрат.
Запропонована методика придатна для вирішення дослідницьких і прикладних завдань, а отримані результати можуть бути використані при розробці й удосконаленні конструкцій форсунок, використання яких забезпечує оптимізацію режимів розпилювання рідини, підвищення енергоефективності процесів тепломасообміну в теплоенергетичних установках та розробці систем автоматизації їх роботи.
Посилання
Kramm K., Orth M., Teiwes A., Kammerhofer J. C., Meunier V., Pietsch-Braune S., Heinrich S. Influence of Nozzle Parameters on Spray Pattern and Droplet Characteristics for a Two-Fluid Nozzle. Chemie Ingenieur Technik. 2023. Vol. 95. P. 151–159. DOI: https://doi.org/10.1002/cite.202200152.
Ochman J., Bialik W., Gil S. An experimental study on liquid fuel atomization. Metalurgija. 2015. Vol. 54, No. 3. P. 559–562.
Islamova A., Tkachenko P., Shlegel N., Kuznetsov G. Secondary Atomization of Fuel Oil and Fuel Oil/Water Emulsion through Droplet-Droplet Collisions and Impingement on a Solid Wall. Energies. 2023. Vol. 16, No. 1008. DOI: https://doi.org/10.3390/en16021008.
Nuyttens D., Baetens K., De Schampheleire M., Sonck B. Effect of nozzle type, size and pressure on spray droplet characteristics. Biosystems Engineering. 2007. Vol. 97, No. 3.
P. 333–345. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2007.03.001.
Peng L., Li Z., Zhang G., Bi X., Hu W., Tang M., Wang X., Peng P., Sheng G. A review of measurement techniques for aerosol effective density. Science of The Total Environment. 2021. Vol. 778. Article No. 146248. ISSN 0048-9697. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146248.
Poozesh S., Akafuah N. K., Campbell H. R., Bashiri F., Saito K. Experimental and Mathematical Tools to Predict Droplet Size and Velocity Distribution for a Two-Fluid Nozzle. Fluids. 2020. Vol. 5, No. 4. Article No. 231. DOI: https://doi.org/10.3390/fluids5040231.
Rimbert N., Castanet G. Liquid atomization out of a full cone pressure swirl nozzle. arXiv preprint. 2010. arXiv:1008.2474. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.1008.2474.
Sijs R., Kooij S., Bonn D. Droplet size from Venturi air induction spray nozzles. Experiments in Fluids. 2023. Vol. 64. Article No. 43. DOI: https://doi.org/10.1007/s00348- 023-03582-2.
Cerruto E., Manetto G., Papa R., Longo D. Modelling Spray Pressure Effects on Droplet Size Distribution from Agricultural Nozzles. Applied Sciences. 2021. Vol. 11, No. 19. Article No. 9283. DOI: https://doi.org/10.3390/app11199283.
Minov S. V., Cointault F., Vangeyte J., Pieters J. G., Nuyttens D. Spray Droplet Characterization from a Single Nozzle by High Speed Image Analysis Using an In-Focus Droplet Criterion. Sensors. 2016. Vol. 16, No. 2. Article No. 218. DOI: https://doi.org/10.3390/s16020218.
Li C., Christen C. E., Hogan C. J. Jr, Fredericks S. A., Hong J. Automated Droplet Size Distribution Measurements Using Digital Inline Holography. arXiv preprint. 2019. arXiv:1906.09634.
Wicks, M., Dukler, A. E. In situ measurements of drop size distribution in two- phase flow: A new method for electrical conducting liquids. Int. Heat Transfer Conf., Chica- go, Illinois. 1966.
Moran, Michael J., Shapiro, Howard N., Boettner, Daisie D., Bailey, Margaret B., Fundamentals of engineering thermodynamics. 9th edition, Iowa State University, Oboken, NJ: Wiley, 2018.
