авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Научные основы современных технологий распыливания воды в системах вентиляции и кондиционирования воздуха

-- [ Страница 3 ] --

. (25)

Так как значения функции Ф0 в подобласти 1 известны, то для нахождения в ней значений Ф(r,z,t) достаточно определить функцию Ф1, являющуюся приращением Ф0 за время . После этого необходимо установить значения функций Ф(r,z,t) на границе Г0 области 0, определить смещения N для границы Г0 и снести значения Ф(r,z,t) по нормали m на новую границу Г области . Снос может быть выполнен по формуле:

. (26)

Воспользуемся приемом линеаризации (25) при малых и распишем уравнение (24) для Ф(r,z,t) в подобласти 1:

. (27)

где p - изменение давления, вызываемое изменением кривизны в точке деформируемой поверхности.

Выделим в уравнении (27) постоянные во времени слагаемые

; (28)

они определены как в подобласти 1, так и во всей области 0. Переходя в уравнении (28) к точкам границы Г0 и, учитывая, что здесь перепад давлений равен капиллярному давлению р0 =2k, имеем следующее динамическое условие для свободной границы:

, (29)

Тогда для функции Ф1 можно сформулировать краевую задачу в области 0:

(30)

Таким образом, определение функции Ф1, а вместе с ней и функции Ф(r,z,t), сводится к решению уравнения Лапласа со смешанными граничными условиями, когда на границах 0 и 1 заданы значения нормальной производной, на свободной поверхности задано краевое условие третьего рода (29).

Переменные слагаемые в уравнении (27) характеризуют изменение во времени свободной границы Г от области 0 до :

, (31)

где связь между изменением давления p с изменением кривизны поверхности при ее смещении N может быть выражена модифицированной формулой В. Бляшке

. (32)

Здесь ; Еu – критерий Эйлера; s – дуговая координата точки на межфазовой поверхности Г.

Совместное решение уравнений (31) и (32) позволяет определить смещение N как функцию дуговой абсциссы s на недеформированной поверхности Г0 и определить координаты точек новой поверхности Г1 по следующим выражениям

. (33)

Для контроля скорости передвижения dN/dt поверхности капли используется интегральное условие: отклонения кривой Г должны быть такими, чтобы увеличение объема области за принятый промежуток времени было равно втекающему через пору 0 объему жидкости:

, (34)

где d и dg - элементы поверхностей 0 и Г.

С использованием описанной методики определения последовательных изменений межфазовой границы капли во времени построен алгоритм численного решения задачи (20)(34). На основе полученного алгоритма разработана программа «DropCalc» для определения объемов отрывающихся капель в зависимости от геометрических, структурных и режимных параметров ПВР. Программа позволяет визуализовать на экране ЭВМ динамику роста и отрыва капель с поверхности зерен ПВР в капельном режиме распыления.

В заключение главы приводятся результаты численного расчета отрывных объемов капель в зависимости от величины критериев Е1 и We, характеризующих, соответственно, относительный вклад в динамику каплеобразования центробежной силы и силы поверхностного натяжения жидкости (рис. 7, а). На рис. 7, б показаны примеры рассчитанных профилей капель, формирующихся на конических зернах ПВР с различными углами при вершине.

а) б)
Точками обозначены известные экспериментальные данные для ПВР из абразива.

Рис. 7 Зависимость отрывных объемов капель от критериев Е1 и We (а)

и рассчитанные профили капель, формирующихся на конических зернах ПВР (б)

Расчеты показывают, что отрывные объемы капель увеличиваются с ростом и уменьшаются при возрастании скорости вращения распылителя . Увеличение размеров гранул ПВР dз и поверхностной пористости материала por приводит к увеличению размеров капель. Отклонение рассчитанных отрывных объемов от экспериментальных значений, полученных в исследованиях разных авторов, не превышает ± 18%. Это свидетельствует о справедливости предлагаемой математической модели каплеобразования на зернах наружной поверхности ПВР.

Основной результат данного этапа работы – создан инструмент для расчета дисперсных характеристик ПВР, которые могут эффективно использоваться в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Также получены данные о диапазоне изменения основных параметров работы распылителей, в частности, зависимость для определения требуемой скорости вращения для достижения монодисперсного режима каплеобразования.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментов по определению дисперсных характеристик распылов ПВР, выполненных из пористых материалов различной структуры и крупности зерна.

Исследование работы ПВР из крупнозернистого абразивного материала (с размером основной фракции зерен 250 и 400 мкм) в режиме «каплеобразования на зерне» проводилось на экспериментальном стенде, позволявшем выполнять фотографирование капель в потоке с выдержкой 110-6 секунды (рис. 8).

 хема экспериментальной установки-96

Рис.8 Схема экспериментальной установки для исследования ПВР из крупнозернистого абразива: 1 – распылитель; 2 – электродвигатель; 3 – камера орошения; 4 – выпрямитель; 5 – тахометр; 6 – питающая емкость; 7 – компрессор; 8 – регуляторы расхода воды; 9 – ротаметры; 10 – манометр; 11 – приемная емкость; 12 – насос; 13 – фотоаппарат; 14 – координатник; 15 – прорези для работы с фотоаппаратом; 16 – импульсная лампа – вспышка; 17 – отражатель; 18 – блок регулирования вспышки.

Анализ фракционного состава полученных распылов показал, что средние (по Заутеру) диаметры капель близки к значениям, определенным расчетным путем с использованием рассмотренной модели каплеобразования. Было подтверждено, что тонкость распыла зависит от размеров зерен ПВР и скорости его вращения. При окружных скоростях v > 20 м/с ПВР из электрокорунда зернистостью 25П и 40П (с размерами основной фракции зерен dз=250 и 400 мкм, соответственно) позволяют получать объемный факел распыла с практически монодисперсными каплями диаметром 100200 мкм.

Согласно результатам, полученным при численном моделировании каплеобразования на округлых зернах, ПВР на основе абразивных микропорошков зернистостью dз=1020 мкм способны формировать микрокапли размером менее 2050 мкм. Именно таким средним размером капель характеризуются распыл у пневматических и гидравлических форсунок высокого давления, традиционно используемых в камерах орошения при увлажнении воздуха. Отсутствие данных о качестве распылов у ПВР из абразивов с малым номером зернистости, а также у распылителей из других пористых материалов, определило необходимость выполнения дополнительных экспериментальных исследований.

Экспериментальный стенд для исследования дисперсных характеристик ПВР для тонкого распыливания воды показан на рис. 9. Он включал в себя электропривод 1 с пятью фиксированными значениями оборотов вала. Распылитель 3 жестко устанавливался на подложку (рис. 9, б), крепился на валу двигателя 1 с помощью цанги 2.

 хема установки для исследования-97

Рис. 9 Схема установки для исследования дисперсных характеристик ПВР тонкого распыления (а), конструкция подложки ПВР (б) и пробоотборного устройства (в)

Вода подавалась в распылитель 3 из питающей мерной емкости 4 объемом 100 мл. Расход воды в экспериментах изменялся от 0.5 до 2.8 л/ч. Регулирование расхода осуществлялось вентилем 5. Распыленная вода через приемный бункер 6 направлялась в сборную емкость 7.

Выборка требуемой совокупности капель для регистрации их дисперсного состава выполнялась с помощью отборного устройства 8 через окно 9. Время экспозиции потока капель через отборное окно устанавливалось с помощью ирисовой диафрагмы 10. Капли воды улавливались в кювету 11 с иммерсионной средой, имеющей такую же плотность, как и вода. Здесь капли приобретали сферическую форму и фотографировались в проходящем свете с помощью веб-камеры 12 с разрешением 800600, установленной на окуляре микроскопа 13 (БСМ-1). Изображение от камеры 12 в режиме реального времени передавалось напрямую через USB-вход компьютера, и далее - на экран монитора.

Эксперименты проводились с ПВР на основе серийно выпускаемых абразивных изделий типа ЧЦ (чаши цилиндрические) и ПП (прямого профиля) из электрокорунда белого (Al2O3) марки 24А с размером основной фракции зерна 710 и 1420 мкм, что соответствует марке зернистости М10 и М20, соответственно. Также исследовались характеристики распыла у образцов ПВР на основе пористой фильтрующей керамики (ПФК) и войлока, а также у комплексных конструкций, состоящих из нескольких слоев пористых материалов сеточной и волоконной структуры.

Дисперсные характеристики опытных образцов ПВР марки М10 наружным диаметром 19 и 16 мм показаны на рис.10 в виде гистограмм распределения капель в распыле. Из рисунка видно, что на небольших оборотах (до 15000 об/мин) факел распыла у ПВР-М10 имеет существенную полидисперсность, которая уменьшается с увеличением скорости вращения. Так, при окружной скорости v>26 м/с значительно возрастает число капель, имеющих средний диаметр 3040 мкм (более 50%).

 исперсность образцов ПВР-М10: а-98  исперсность образцов ПВР-М10: а –-99

Рис. 10 Дисперсность образцов ПВР-М10: а – наружный диаметр Dн =19 мм; б - Dн =16 мм

Из рисунка 10 также видно, что распределение капель в распыле имеет два экстремума: малый пик, указывающий на размер капель-спутников, и большой пик, соответствующий диаметру основных капель. Если с увеличением скорости вращения размер основных капель уменьшается значи­тельно (от 5545 до 3335 мкм), то диаметр спутников практически не из­меняется и остается равным примерно 5 мкм. Аналогичная картина на­блюдается в дисперсных характеристиках ПВР-М20, а также у образцов ПВР из ПФК и волокнистых материалов.

При окружной скорости v>30 м/c в дисперсности распыла проявляются существенные изменения. Крупные фракции пропадают, диапазон размеров капель сужается. При v=36.6 м/c более 50% капель имеют диаметр 2040 мкм. Возрастает и доля мелких фракций – в распыле содержится до 30% капель размером менее 20 мкм. Можно утверждать, что при данной скорости вращения ПВР из микропорошков и волокнистых материалов достигает границы тонкого и практически монодисперсного режима распыливания.

Полученные в экспериментах данные позволяют рекомендовать вращающиеся распылители на основе абразивных микропорошков, ПФК и пористых конструкций с волокнисто–радиальной структурой распыливающей поверхности для использования в системах вентиляции и кондиционирования при проведении процессов увлажнения воздуха. Отдельные конструкции увлажнительных аппаратов бытового и промышленного назначения с ПВР для тонкого распыления воды приведены в главе 6.

В пятой главе работы рассматривается важная задача - определение способов снижения энергоемкости распылительных аппаратов систем вентиляции и кондиционирования.

Анализ проблемы показывает, что значительные потери энергии возникают при образовании отрывных зон на входе в аппараты, которые зачастую имеют вид раструбов. Наличие отрывных зон существенно снижает аэродинамические качества и ухудшает акустические характеристики аппаратов. Профилирование вхо­дов по очертаниям свободных линий тока позволит существенно снизить энергоемкость распылительных аппаратов и уменьшить шум, создаваемый ими.

Постановка задачи: рассчитываются очертания свободных линий тока, ограничивающих отрывные зоны на входе в плоский раструб с углом рас­крытия . Расход удаляемого воздуха – , длина раструба – , полуши­рина патрубка – . Схема симметричной половины течения в физической плоскости приведена на рис. 11, а. В точке поток срывается с острой кромки, образуя отрывную зону, ограниченную свободной линией тока . Далее в т. снова происходит отрыв потока и формируется вторая вихревая зона, ограниченная свобод­ной линией тока . При малой длине раструба обе отрывные зоны слива­ются в одну – “короткий раструб”.

Течение вне отрывных зон безвихревое. Следуя основным положе­ниям теории течений идеальной жидкости со свободными поверхностями, принималось, что вдоль них модули скоростей постоянны: на и на .

Поскольку очертания свободных линий тока неизвестны, то невоз­можно сформулировать краевую задачу для уравнения Лапласа в физиче­ской плоскости z. Устранить эту сложность можно путем введения специ­альных функций. Здесь используется модифицированная функция Жуков­ского

, (35)

где ; ; - комплексный потенциал течения; и - соответст­венно, потенциал и функция тока; – сопряженная комплексная ско­рость; и - модуль и аргумент комплексной скорости.

Области течения в плоскостях и приведены на рис. 11, б и 11, в.

  расчету течения во входном-122

Рис. 11 К расчету течения во входном патрубке с «длинным» раструбом. Соответ­ствие областей при отображениях: а – течение в реальной плоскости; б – область тече­ния в плоскости комплексного потенциала; в – область течения в плоскости перемен­ной Жуковского; г - течение в параметрической верхней полуплоскости

Далее для решения задачи используется метод конформных отобра­жений. Найти соответствие между областями и затруднительно, по­этому в рассмотрение вводится параметрическая верхняя полуплоскость (рис.11, г). Отображения областей и на верхнюю полуплоскость находятся с помощью формулы Кристоффеля-Шварца

; (36)

, (37)

где-неизвестные параметры отображения;-переменная интегрирова­ния.

Из равенства (35) следует, что

. (38)

Объединение уравнений (36) и (38) дает формулу отображения облас­тей z и друг на друга

. (39)

Уравнения (38) и (39) в принципе дают решение поставленной задачи. Необходимо еще определить шесть параметров отображения и ско­рости , . Эти параметры определяются с помощью теории вычетов и заданной геометрии раструба. Не приводя подробных выводов, приведем соответствующие уравнения. Из теории вычетов следует:

; (40)

; (41)

; (42)

. (43)

Из геометрии раструба вытекает:

длина раструба l –

; (44)

координата точки Е –

; (45)

координата точки Н –

; (46)

полуширина трубы В –

. (47)

В последнем выражении

; .

Уравнения (36)(47) позволяют рассчитать поле скорости и очертания свободных линий тока. Так, для первой по ходу воздуха линии тока на границе от­рывной зоны CMD имеем:

;

;

.

Подставляя последнее соотношение в уравнение (39) для отображения области на z имеем:

Тогда параметрические уравнения для координат границы СМD:

;

.

На рис. 12 приведены очертания первой по ходу воздуха границы от­рывной зоны СМD, полученные для раструбов , (рис. 12, а), , (рис. 12, б) и , (рис. 12, в).

 а) б) в) орма первой-159  а) б) в) орма первой-160  а) б) в) орма первой свободной-161
а) б) в)


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.