13 | 12 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Моделирование процесса дробления жидкости с помощью вращающегося распылителя

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (1 Голос)

Моделирование процесса дробления жидкости с помощью вращающегося распылителя

Как говорилось ранее, процесс измельчения рабочего раствора в выходном насадке наземного генератора при помощи вращающегося распылителя, обдуваемого соосным воздушным потоком, изучался академиками В. Ф. Дунским, Н. В. Никитиным, М. С. Соколовым. Авторы разделяют его на две стадии.

Первый этап происходит в условиях, близких к имеющим место при дроблении в неподвижном воздухе [2]. Он увлекает за собой капли, выходящие из распылителя под давлением. После этого происходит вторая стадия процесса. Она предусматривает дробление капель в воздушном потоке.

Известно, что исследования распыливания жидкостей неоднократно проводились многими учёными.

Так, например, методы моделирования данного процесса показаны в работах академика В. С. Галустова. По его словам, при этом очень важно учитывать физико-химические свойства применяемых препаратов (плотность, вязкость, поверхностное натяжение).

Кроме того, Галустов говорил о том, что в условиях распылителя внутри капель происходит циркуляция жидкости. В этом случае она может быть несущественной.

Степень циркуляции находится в прямой зависимости от диаметра капель и скорости их движения относительно воздушного потока. Однако отдельная поверхность частицы жидкости меньшего размера большая. Её уменьшение и увеличение циркуляции и диаметра капель взаимно противоположны. Кроме того, Галустов утверждал, что в факеле происходит быстрое падение относительной скорости фаз воздуха и жидкости. Это вызывает затухание циркуляции, развитой вначале [7].

В то же время автор обращал внимание на результаты исследований многих учёных, занимавшихся моделированием гидродинамики. Согласно им, факел разбивается на ряд струй, однородных по параметрам фаз воздуха и жидкости в пределах каждого сечения. За счёт этого для всех их можно при необходимости задать свой расход рабочего раствора, размер капель и концентрацию распределённых компонентов. Для каждой зоны течения отдельно записывается система уравнений [7].

Для моделирования процесса распыливания Галустовым был предложен искусственный метод присваивания жидкости и воздуху определённых площадей, соответствующих их объёмному содержанию [7]:

SФ=SЖ. Ф.+ SГ. Ф (2.46)

В своих исследованиях автор рассматривал сечение факела на некотором расстоянии от распылителя как совокупность одновременно оторвавшихся точек N1, N2, N3 жидкой фазы, имеющих одинаковую скорость. Для определения их координат используется выражение, выведенное Галустов:

(2.47)

По утверждению автора, для практики будет достаточным представить сечение факела как некоторый эквивалентный круг. Зная координаты точек N1, N2, N3, можно определить его площадь.

В процессе распыливания на жидкую фазу действуют массовые силы. Их объёмная плотность вычисляется по Галустову:

(2.48)

Относительному движению фаз противостоит сила, определяемая по формуле [7]:

(2.49)

где: - коэффициент гидродинамического сопротивления;

=- плотность потока по сечению. Согласно допущению автора, данная величина является постоянной. Зная этот показатель, можно вычислить значение объёмной доли жидкости по следующей формуле [7]:

(2.50)

Таким образом, Галустовым было выведено выражение для закона сохранения массы:

(2.51)

Для каждой из струек j обозначим проекции потока импульса газовой фазы на ось координат [7]:

(2.52)

Согласно теории Галустова, уравнение количества движения газовой фазы имеет вид:

(2.53)

Далее каждая из трёх струек j (верхняя, центральная, нижняя) рассматривалась автором в двух проекциях (на оси X и Z), для которых составлялись соответствующие шесть уравнений.

После этого можно определить скорость воздуха для любой из струек [7]:

(2.54)

Затем для каждой из них находим проекции данного показателя по Галустову:

(2.55)

(2.56)

Для каждой струек коэффициент сопротивления вычисляется при известной относительной скорости, определяемой по формуле [7]:

(2.57)

где:

Объёмная плотность сил, действующих на фазы, находим по Галустову:

(2.58)

Эти силы учитывались автором при выведении уравнения движения для дисперсной фазы [7]:

(2.59)

Исходя из этого, выражение для координат точек траекторий всех струек имеет вид [7]:

(2.60)

Траекторию газовой фазы внутри фазы, начиная от произвольно выбранного сечения, можно оценить по уравнению закона сохранения её массы. При выведении его Галустовым описывался факел, площадь сечения которого на некотором расстоянии h от распылителя с расходом газа (рис.2.1,а).

Рис.2.1 – Модель гидродинамики распыла

Пусть последний совершает дальнейшее движение с изменяющейся скоростью в своей трубке тока. При этом расход газа через неё постоянный. Следовательно, факел будет иметь изменяющуюся площадь сечения . Таким образом, по Галустову, для любого из них можно записать:

и

(2.61)

На основе закона сохранения газа в объёме факела, ограниченного боковой поверхностью и парой близких сечений (1 и 2) (рис.2.1,б), автор вывел расчётное уравнение для его скорости и нормальной боковой поверхности [7]:

(2.62)

где:

Исходя из этого, Галустов получил:

(2.63)

Далее, зная координаты струек жидкости, можно найти значение [7]:

(2.64)

Таким образом, представленная система уравнений, выведенная Галустовым, представляет собой гидродинамическую модель газожидкостного факела, образованного одиночным распылителем.


Моделирование процесса дробления жидкости с помощью вращающегося распылителя - 4.0 out of 5 based on 1 vote

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить