Файл: Тарабанов, М. Г. Тепло- и массоперенос в камерах орошения кондиционеров с форсунками распыления учебное пособие.pdf

2 Хф

10

0.9

0,8

Рис. 16. Зависимость угла факела распыла от относительной

.длины сопла: О — 1ал1—5,0; □ — Кд—5,0; V — 1ал1—3,1

Значительный интерес представляет оценка влияния фор­ мы стока в сопло на коэффициент расхода форсунки при те­ чении жидкости без закручивания. Наблюдение истечения из форсунки с распылителями формы I-P-VII, геометрические па­ раметры которой были равны

доказало, что коэффициент расхода зависит от формы стока в сопло и от отношения диаметра сопла к диаметру входа (рис. 17). Причем для профилей I, VI, VII коэффициент рас­ хода практически одинаков и на рис. 17 график построен по средним данным. То же самое относится и к профилям II, III, IV. Эти результаты подтверждают положение, что как теория ■центробежной форсунки, основанная на принципе максималь- :ного расхода, так и методы расчета с использованием уравне- ;ний количества движения при А—>-0 характеризуют лишь край­ ние режимы истечения жидкости из сопла различного профи­ ля. Кроме того, вновь подтверждается зависимость ц= = f(dc/dBx), которая не учитывается в теоретических выводах. Так, даже для профиля V коэффициент расхода может быть

61

t

Рис. 17. Зависимость коэффициента расхода форсунки

значительно меньше единицы и приближается к ней лишь при малых значениях dc/clBj..

3. Особенности процесса засорения центробежных форсунок

Камеры орошения имеют весьма значительный эксплуата­ ционный недостаток — подверженность форсунок засорению. Так, например, опыт эксплуатации камер на Волжском заво­ де синтетического волокна показал, что основная масса форсу­ нок на камерах Кд12003 и Кд24003 засоряется в течение 12— 14 дней в летнее время. Аналогичное наблюдается и на дру­ гих заводах. Если учесть, что числофорсунок в камере Кр24003 составляет до 1824 штук, то нетрудно представить сложность и трудоемкость их чистки. Такое положение приве­ ло к тому, что среди некоторых специалистов появилось мне­ ние о целесообразности применения форсуночных камер во­ обще. Конечно, согласиться с таким выводом нельзя, но акту­ альность исследований, направленных на устранение указан­ ного недостатка камер орошения, очевидна.

До настоящего времени для уменьшения засоряемости фор­ сунок применялись два способа. Первый способ предусматри­ вает фильтрацию воды в камере. Для этой цели наиболее ши-

62

роко используются металлические сетчатые фильтры и в от­ дельных случаях — гравийно-песчаные фильтры, которые тре­ буют больших производственных площадей и очень трудоемки в обслуживании. Сетчатые фильтры более просты в эксплуа­ тации, однако не обеспечивают требуемой степени очистки во­ ды. Это объясняется тем, что в условиях форсуночной каме­ ры невозможно установить фильтр с большой поверхностью, а расход воды в камерах достигает 3004-500 ж2/ч. Следователь­ но, удельная нагрузка на фильтр очень велика и при установ­ ке сетки с мелкой ячейкой она полностью забивается (по опы­ ту Волжского завода синтетического волокна, в течение 14-2 часов). Кроме того, фильтры, устанавливаемые в поддоне ка­ меры, очищают только циркуляционную воду, а, подаваемая в летний период холодная вода проходит мимо фильтра и во­ обще не очищается. Конечно, в принципе вопрос тонкой очист­ ки воды не представляет собой неразрешимую задачу, одна­ ко практически это требует огромных .материальных затрат и больших дополнительных производственных площадей, поэто­ му в настоящее время данный путь не получил должного раз­ вития.

По мнению многих авторов [41, 136], для уменьшения засоряемости необходимо применять форсунки с большим диа­ метром сопла. Так, в работе [136] рекомендуются форсунки с диаметром сопла 6—8 мм. Однако по данным самого же Б. Д. Коркина [88], увеличение, например, диаметра сопла типовой форсунки с 4 до 6 мм приводит к уменьшению поверх­ ности капель в два раза, что отрицательно сказывается на эффективности тепло- и, массопереноса в камере орошения. Поэтому такой путь уменьшения засоряемости форсунок нель­ зя признать целесообразным, хотя в отдельных случаях он мо­ жет оказаться единственно возможным.

Для поисков и разработки новых способов борьбы с засо­ рением форсунок необходимо представить физическую карти­ ну этого процесса. Следует подчеркнуть, что процесс засоре­ ния подводящего тангенциального канала форсунки очевиден и не нуждается в разъяснении. Поэтому важнее рассмотреть засорение сопла твердыми частицами, попавшими в камеру за­ кручивания.

Правильность такой постановки вопроса подтверждается данными натурных обследований, которые показали, что в по­ давляющем большинстве случаев засоряется сопло форсунки и лишь изредка — тангенциальный канал. Это 'объясняется

63

тем, что у большинства исследованных форсунок диаметр вхо­ да был равен 6—7 мм, а диаметр сопла — 3—5 мм.

Движение твердых частиц, попавших в форсунку, опреде­ ляется силами гидродинамического сопротивления, и, следо­ вательно, характером течения жидкости в форсунке,» Конечно, наиболее целесообразно было бы описать движение частиц аналитически, но от этогопути приходится отказаться в са­ мом начале, для чего достаточно рассмотреть течение жидкос­ ти в форсунке.

Жидкость, поступающая через тангенциальный канал в ка­ меру закручивания, приобретает в ней вращательное и посту­ пательное движение, направленное вдоль оси форсунки. В об­ щем случае, скорость-вращательного движения может быть разложена на тангенциальную и радиальную составляющие, но последняя обычно мала и ею можно пренебречь. Тогда те­ чение жидкости в камере закручивания можно рассматривать как потенциальное, котоцре вызывается стоком к соплу и по­ тенциальным вихрем. Однако это справедливо лишь для иде­ альной жидкости. Картина течения значительно усложняется при учете сил трения. Как показано Д. И. Тейлором [193], в этом случае у стенок камеры закручивания образуется затор­ моженный пограничный слой, перемещающийся внутрь каме­ ры вследствие наличия радиального градиента давления. Не­ обходимо отметить, что существование этого движения можно заметить визуально во время опытов с прозрачными форсун­ ками. Решение дифференциальных уравнений пограничного слоя было выполнено Д. И. Тейлором лишь в предположении чистого вращательного движения, тогда какгв действительно­ сти в центробежных форсунках скорость в пограничном слое имеет также и осевую составляющую, которая возрастает по мере приближения к соплу. Для такого случая решения урав­ нений пограничного слоя нет [165]. Следовательно, движение жидкости в ^тангенциальной форсунке имеет очень сложный вид и в настоящее время не может быть описано математиче­ ски. Точно также, движение взвешенных частиц в камере за­ кручивания форсунки, обусловленное силами гидродинамиче­ ского сопротивления, представляет аналитически неразреши­ мую задачу и может быть изучено лишь опытным путем.

Наблюдать процесс засорения наиболее удобно на. форсун­ ках, ■выполненных из обычного или органического стекла. В качестве взвешенных частиц можно использовать стальные, деревянные и пластилиновые шарики диаметром от 2 до 6 мм, а также пластинки из жести, алюминия, цинка, меди и дере-

64

ва размерам 5X5 мм и мм., толщиной от 0,14 до 1,0 мм. Результаты такого наблюдения за форсункой 1пл1 — 5,1, геометрические параметры которой примерно такие же как у типовых форсунок Кд1002-25, сводятся к следующему..1

Характер движения твердых частиц в камере закручива: ния зависит от ихформы, плотности, площади поперечного' се­ чения (парусности), а для плоских частиц также и от их тол­ щины. Легкие частицы, плотность которых меньше, чем у во­ ды, независимо от формы и размеров сразу же после попада-' ния в форсунку «всплывают» к ее центру на границу воздуш­ ного вихря, ориентируясь длинной осью вдоль оси форсунки, и мгновенно движутся к соплу. Время пребывания таких час­ тиц в камере закручивания исчисляется долями секунды. Нуж­ но отметить, что движение тяжелых частиц зазисит от режи­ ма течения жидкости. '

■При .малых давлениях (0,3 кг/см2 и менее) силы гидроди­ намического сопротивления малы и не удерживают частицу в объеме камеры закручивания. С увеличением давления ин­ тенсивность движения частиц возрастает, однако принципи­ альной разницы в характере движения при изменении давле­ ния, например, от 1 кг/см2 до 2 кг/см2 нет.

Тяжелые частицы, попадая в форсунку, в первый момент стремятся к стенкам камеры закручивания, а дальнейшее их движение зависит от указанных выше факторов. Так, пласти­ линовые шарики находятся в объеме камеры 1-УЗ секунды (не-, зависимо от диаметра) и затем перемещаются к соплу. Сталь­ ные шарики вообще не подходят к соплу и вращаются в камере закручивания в течение всего времени работы форсунки. Плоские частицы из алюминия движутся к соплу практически мгновенно (после попадания в форсунку, стальные и медные пластинки находятся в камере до 30 секунд. Следует отме-. тить, что тонкие частицы толщиной 0,14 мм очень часто «при­ ляпают» к стенкам камеры закручивания и сохраняют такое положение иногда несколько минут.

Таким образом, в типовой форсунке все твердые частицы, кроме стальных шариков, после попадания в камеру закру­ чивания через короткий промежуток времени (не более 1 ми­ нуты) движутся к соплу и в зависимости от размеров или перекрывают его, или -покидают форсунку. При этом частицы, с большей парусностью находятся в объеме форсунки мень-, шее время.

Наиболее эффективный метод борьбы с засорением форсу-

3-319 65

\