Общие сведения о форсунках, принципы действия и области применения

1. Пусть , а неограниченно увеличивается.
2. Пусть неограниченно уменьшается при постоянстве остальных геометрических параметров.

При этом для идеальной  жидкости

                 

 

рисунок

 

В отличие от идеальной  жидкости, величина ограничена сверху, а ее максимальное значение зависит от способа регулирования (уменьшение или увеличение ). При величина

Следовательно, для реальной жидкости коэффициент расхода имеет  некоторое минимальное значение (стремится не к нулю, а к ).

Угол распыла для  реальной жидкости также не может  превышать некоторого максимального  значения. Значение и определяются максимальным значением . Увеличить угол распыла за счет уменьшения технологически сложно, кроме того, с уменьшением возникает опасность засорения входных каналов. Можно достичь увеличения путем снижения (повысить класс чистоты при изготовлении форсунки или подогреть жидкость).

Для практического использования  полученных формул необходимо знать  коэффициент трения , который по рекомендации Л. С. Клячко можно взять в виде:

,

где число  определяется из условий на входе в ЦБФ:

Здесь - коэффициент динамической вязкости жидкости.

 

 

Процесс распыливания

Распыливание – процесс  распада струи жидкости, истекающей из ЦБФ, на капли и дальнейшего  их дробления под действием внешних  и внутренних сил. Внешние силы обусловлены  аэродинамическим воздействием на поверхность  струи. Величина этих сил зависит от относительной скорости движения жидкости, плотности окружающей среды, размера частиц и других факторов. К внутренним относятся инерционные и молекулярные силы, связанные с вязкостью и поверхностным натяжением жидкости.

Турбулизация струи приводит к появлению в ней периодических колебаний с возрастающей амплитудой. Под влиянием внутренних и внешних сил возникают волны малой длины. Струя теряет устойчивость и распадается на капли с ростом амплитуды колебаний.

      рисунок

 

Качество распыливания определяется тонкостью и однородностью распыла, а также формой и дальнобойностью факела. Тонкость распыла характеризуется диаметром капель , чем меньше , тем тоньше распыл (выше дисперсность образующихся капель). Однородность распыла характеризуется диапазоном изменения диаметра капель. Глубина проникновения распыленной жидкости в газовую среду называется дальнобойностью факела распыла.

Тонкость и однородность распыла характеризуется функцией распределения капель жидкости по размерам или некоторым средним размерам капель Для определения тонкости распыла используются эмпирические формулы, приведем одну из них:

                              (925)

где - средний медианный диаметр капель (средний диаметр, при котором относительная масса капель с размерами от нуля до составляет половину массы всех капель);

,        ,

где - коэффициент поверхностного натяжения распыливания жидкости.

Эта зависимость получена для следующих диапазонов изменения  определяющих параметров:

 

 

Анализ формулы (925) показывает, что  величина

Однородность распыла увеличивается  с ростом  и давления окружающей среды. Увеличение и ведет к снижению тонкости распыла (росту ). Влияние очень велико – с ростом уменьшается коэффициент живого сечения и толщина жидкостной пленки, что ведет к лучшему распыливанию. Тонкость распыла повышается также с ростом давления окружающей среды.

С точки зрения завершения процесса горения в малом объеме камеры сгорания увеличение дальнобойности факела нежелательно. Управлять этим параметром можно путем варьирования величины . Увеличение величины ведет к росту угла распыла , тонкости  распыла и, следовательно, к увеличению аэродинамического сопротивления факела и к снижению его дальнобойности.

 

 

 

 

Плотность орошения

Плотность орошения является очень  важной характеристикой ЦБФ. Это  радиальное и осевое распределение  относительного расхода капель, которые  находятся, как правило, экспериментально

,

где - суммарный расход капель.

Наличие газового вихря в ЦБФ  и вращательное движение вытекающей струи приводит к тому, что струя  приобретает форму полого тела вращения. В связи с этим для ЦБФ типично такое распределение , при котором центральная часть факела заполнена небольшим количеством жидкости, а на некотором расстоянии от оси плотность орошения достигает максимума(рисунок). Присутствие некоторого количества жидкости в центральной зоне объясняется выносом отдельных капель из основной струи за счет турбулентных пульсаций. С ростом расстояния от среза сопла распределение сглаживается.

С увеличением вязкости распыливаемой  жидкости распределение  также сглаживается и даже может качественно измениться. С ростом влияния сил вязкого трения образуется максимум на оси ЦБФ.