tworzenie mieszanki - bcpw.bg.pw.edu. · pdf filewtryskiwacze strumieniowe znalazły...

Click here to load reader

Post on 28-Feb-2019

215 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

TW O R ZEN IE M IESZANKI

/T ieszanka w silnikach strum ieniow ych, pulsacyjnych i rak ieto - 1V w ych na cieky m ateria pdny pow staje w w yniku elem entarnych procesw, tak ich jak : w try sk cieczy, rozpylenie cieczy, odparow anie kropel oraz m ieszanie si pow staych p a r ze sob lub ze strum ieniem pow ietrza.

Od skadu i rozkadu m ieszanki w strum ien iu zaley zakres statecznej pracy kom ory oraz jej sprawno.

5.1. WTRYSKIWACZE

W trysk cieczy rea lizu je si za pomoc w tryskiw aczy, k t re w zalenoci od konstrukc ji i zasady dziaania dziel si na w try - skiw acze strum ieniow e i w irowe.

'5.1.1. W tryskiw acze strum ieniow e

W tryskiw acz strum ieniow y skada si z przew odu zakoczonego otw orem (rys. 5.1). Rnica cinie m idzy cinieniem panujcym w strum ien iu przed otw orem i cinieniem otoczenia w y-

M m

R ys. 5.1. W trysk iw acz stru m ien iow y

w ouje w ypyw cieczy na zew ntrz. K lasyczn zaleno m idzy w ydatk iem G, spadkiem cinienia . Ip i ciarem w aciw ym cieczy y p rzedstaw ia wzr

G = n F ^ T g y ^ p [5.1]gdzie: /< w spczynnik natenia w ypyw u,

g przypieszenie ziemskie,F pow ierzchnia otworu.

94

W spczynnik /i zaley od ksztatu o tw oru i od spadku cinienia w e w tryskiw aczu (rys. 5.2).

i

Wl 2 3 4 5 S 7 3 9 10 Ap[kG/cm]

a

F03

U807

Ofi

Przi/padek wypl-----JWU Hkitrinku -Jrialki A

padei wyp (/tvu v kierunku strzcIkiB

ApfkG/cm']

b .

R ys. 5.2. Z aleno w sp czyn n ik a naten ia w yp yw u od k szta tu otw oru oraz spadku cin ien ia w e w try

sk iw aczu:a o tw r w alcow y poprzedzony stokiem (wpyw wyso

koci stoka), b otw r stokowy

W tryskiw acze strum ieniow e znalazy zastosowanie gwnie w silnikach rak ietow ych na cieky m ateria pdny.

* 5.1.2. W tryskiw acze w irow e

Zasada dziaania w tryskiw aczy w irow ych polega na w prow adzeniu cieczy przed jej w ypyw em w ruch w irow y. Mona tego dokona, stosujc konstrukcj z kom or w irow (rys. 5.3), do k t rej doprow adza si paliwo stycznie do cianek. Kada w ypyw ajca z w tryskiw acza czstka cieczy m a dw ie skadow e prdkoci: osiow i prom ieniow . W w yniku tego o trzym uje si stoek cieczy o kcie rozw arcia zalenym od geom etrii w tryskiw acza. W pierw szej fazie w ypyw u ciecz tw orzy cig bonk, stanowic jak gdyby boczn pow ierzchni stoka. Bonka ta w m iar oddalania si od otw oru wylotowego w tryskiw acza robi si coraz ciesza i rozpada si na coraz m niejsze p aty, k t re nastpnie

95

zw ijaj si w krople. K rople te pod w pyw em cinienia dynamicznego orodka, w k t rym nastpu je rozpylanie, u legaj rozdrobnieniu.

R ys. 5.3. W trysk iw acz w irow y

R ys. 5.4. Przekrj przez kom or w irow

Komoro

96

Pod w pyw em ruchu wirowego ciecz w kom orze w irow ej p rzyb iera ksztat przedstaw iony na rys. 5.4. W ychodzc z rw nania cigoci strugi

/i'F1w1 = (R\ r \ )n w cos

N atenie p rzepyw u w obu om aw ianych dotychczas w trysk i- w aczach jest funkcj p ierw iastka kw adratow ego ze spadku cinienia. D la tego samego w tryskiw acza i tej sam ej cieczy przep yw ajcej przez w tryskiw acz o trzym uje si

G___ = k = const [5-3]

V APgdzie: k staa w tryskiw acza.

Jeli zadaniem w tryskiw acza jes t praca w okrelonym zakresie nate przepyw u, w tedy w ym agane jes t uzyskanie odpow iedniego, zwizanego kw adratow zalenoci, zakresu cinie (gdy np. stosunek m aksym alnego w yda tku w tryskiw acza do m inim alnego w ynosi n, to stosunek odpow iednich spadkw cinie we w tryskiw aczu je s t n 2).

W przypadku szerokiego zakresu stosow anych w ydatkw moe si zdarzy, przy okrelonym m inim alnym cinieniu w trysku , e cinienie m aksym alne bdzie wysze od dopuszczalnego (np. ze w zgldu na prac pom py). Jedynym w yjciem z tej sy tuacji jest taka konstrukcja w tryskiw acza, k t ra zagodziaby m u charak te rystyk. Jedn z tak ich konstrukcji jes t w trysk iw acz upustow y przedstaw iony na rys. 5.6. W prow adzon do kom ory w irow ej

- 5.1.3. Wtryskiwacz upustowy

R ys. 5.6. W trysk iw acz up u - R ys. 5.7. C harakterystyka w trysk iw acza stw y upustow ego:

G natenie przepyw u przy o tw artym u p u cie (rednica o tw oru upustu jest rw na s) G natenie przepyw u przy zam knityrr.

upucie

ciecz rozdziela si na dw a strum ienie: jeden w ypyw a (jak w norm alnym w tryskiw aczu w irow ym ) przez o tw r w tryskiw acza (o rednicy d), d rugi natom iast przez otw r upustow y (o rednicy s). Zm ieniajc daw ienie w upucie (przez zm ian rednicy s), m ona regulow a natenie w trysku . Ciecz odpyw ajc upustem

98

k ieru je si na stron ssc pompy. Jakociow charak terystyk w tryskiw acza upustow ego przedstaw ia w ykres na rys. 5.7.

W ykres ilu s tru je zaleno m idzy stosunkiem rednic otw oru w tryskow ego i upustow ego oraz stosunkiem nate w try sku przy o tw artym i zam knitym upucie. Gdy stosunek rednic otw oru w tryskiw acza i upustu ronie, w tedy stosunek nate przepyw u, w dw u sk ra jnych przypadkach, przy o tw artym i zam knitym upucie, m aleje.

Rozpylacze upustow e stosuje si w silnikach strum ieniow ych przew idzianych do pracy w duym zakresie prdkoci i w ysokoci lotu.

,5 .2 . ROZPYLANIE CIECZY

W trynity w gazowy orodek strum ie cieczy zostaje n a jp ierw rozerw any na rnego ksz ta tu niezalene czony, a nastpnie rozdrobniony na krople o coraz m niejszej rednicy. Mechanizm rozerw ania zw artej strug i jest nastpujcy. N iezaburzo- na pow ierzchnia zetknicia cieczy i orodka znajduje si w rw nowadze dynam icznej. Jeli pod w pyw em tu rbu len tnych ruchw poszczeglnych elem entw cieczy lub orodka na powierzchni cieczy pow stanie zaburzenie, w tedy na pow ierzchni t zaczynaj dziaa dwa rodzaje si:

siy w ynikajce z napicia powierzchniowego, k t re d do przyw rcenia s tanu rwnowagi,

siy aerodynam iczne (istniejce na skutek tego, e pow ietrze m a prdko wzgldem cieczy), k t re d do powikszenia zaburzenia i daj w w yniku rw now ag niesta.

Pow stae w ten sposb fale o potgowo rosncej am plitudzie prow adz do rozczonkow ania cieczy na coraz m niejsze odcinki, k tre ostatecznie p rzyb iera j ksztat kropel. Poruszajce si w zgldem gazowego orodka krople cieczy znajdu j si pod dziaaniem podanych wyej si napicia powierzchniow ego oraz si aerodynam icznych. Siy napicia powierzchniow ego d do nadania kropli k sz ta tu kulistego, natom iast siy aerodynam iczne d do rozpaszczenia kropli. P rzy istn ien iu dostatecznie duego cinienia dynam icznego nastpu je jej rozerw anie. Poszczeglne fazy tego procesu w sposb w yidealizow any przedstaw ia rys. 5.8. Jeli napicie pow ierzchniow e kropli o rednicy d k wynosi o, to sia /, dziki k trej jedna powka kropli w ie si z drug, bdzie rw na

f = n d ka

99

Sia ta w yw ouje cinienie p dziaajce na ca pow ierzchni kropli. W zwizku z tym m ona napisa

gdzie: F pow ierzchnia boczna kropli,> k t prom ienia wodzcego, usta la jcy pooenie ele

m entu dF na pow ierzchni kropli.Porw nujc te rw nania ze sob, o trzym uje si cinienie w e

w ntrzne w yw oane napiciem pow ierzchniow ym4cr

Jeli cinienie dynam iczne w yw oane w zgldn prdkoci

gdzie: /? wielko dow iadczalna okrelajca stosunek m idzy cinieniem dynam icznym i cinieniem w ew ntrznym , przy k t rym nastpu je rozbicie kropli;

y ciar w aciw y orodka; u prdko k ropli w zgldem orodka;

Dk k ry te riu m rozdrobnienia.W edug bada D itjak ina i Borodina (L.5.2) poczynajc od

D k = 8,5 nastpu je rozdw ojenie kropli, natom iast od Dk 11,3 rwnoczesne rozbicie kropli na szereg m niejszych. Z powyszego rw nania m ona okreli m aksym aln rednic kropel, jak ie w ystpi w danych w arunkach przy danej prdkoci kropli w zgldem orodka

yukropli i orodka ----- jest w iksze od cinienia w ew ntrznego,

2 gto nastpi rozbicie kropli. Z w arunku

[5.4]

[5.5]

100

oraz m inim aln prdko potrzebn do rozdrobnienia kropel na okrelon rednic

W rw naniach tych u w yraono w m /sek, a w kG/m , y w kG /m 3, . d fc w m i g = w m /sek2.

C

R ys. 5.8. R ozkad cin ie dzia ajcych na p ow ierzch n i krop li w poszczeglnych fazach jej rozpadu

Podana teoria rozpylania znajduje zastosowanie przy okrelaniu rednic kropel rozpylonej strug i cieczy, w ytw orzonej przez w try s- kiwacz strum ieniow y.

W przypadku w tryskiw aczy w irow ych w arunki rozdrobnienia s korzystniejsze (zam iast p raw ie cylindrycznej strug i cienka pow ierzchnia stokowa) i prdkoci potrzebne do uzyskania danej rednicy kropli s duo m niejsze.

,5 .3 . WIDMO ROZPYLANIA

W idm em rozpylania nazyw a si o trzym any na drodze dow iadczalnej rozkad kropel w edug rednic. W szystkie w ytw orzone w danym przedziale czasu krople segreguje si w edug wielkoci (np. co 20 (a) na g rupy i okrela ich udzia ciarowy. Ilu strac j w idm a rozpylania je s t w ykres przedstaw iony na rys. 5.9. Na osi

odcitych w ykresu odoono rednice kropel, na osi rzdnych natom iast udzia ciarow y kropel, k trych rednica jest m niejsza od danej rednicy. W ykres zosta sporzdzony dla k ilku cinie. Mona z niego w ycign oczyw isty wniosek, e ze w zrostem cinienia w try sku ronie udzia k ropel o m niejszej rednicy. W idmo charak teryzu je jako rozpylania, a tak im bezporednim w skanikiem tej jakoci jest rednia rednica kropli okrelona przez S au tera jako rednica, k t r m iayby krople jednakow ego w ym iaru, gdyby ich cakow ita pow ierzchnia S n df i cakow ita objto

TC d3i byy tak ie sam e jak w s trum ien iu skadajcym

View more