Исследование применимости газоструйных излучаетелей в качестве распыляющего устройства

Язык труда и переводы:
УДК:
66.069.832
Дата публикации:
31 декабря 2021, 03:59
Категория:
Секция 07. Развитие космонавтики и фундаментальные проблемы газодинамики, горения и теплообмена
Авторы
Лаптинский Александр Игоревич
БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
Алексеева Мария Михайловна
БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
Тетерина Ирина Владимировна
БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
Аннотация:
Рассмотрено применение газоструйного излучателя в качестве распылительного устройства. Выявлены основные преимущества использования акустической форсунки. Определен подходящий тип распылительного устройства топливно-горючей смеси для дальнейшего исследования. Показаны основные характеристики, необходимые для реализации качественного распыливания жидкого топлива. .
Ключевые слова:
форсунка, распыление, капельные жидкости, газодинамические характеристики
Основной текст труда

Исследование способов улучшить газодинамические, акустические и тепловые характеристики горелочных устройств является актуальной задачей. В настоящее время основной трудностью является осуществление качественного распыла жидкого топлива с реализацией низких выбросов вредных веществ, в частности CO и NOx. Современные форсунки реализуют недостаточно мелкодисперсное распыление жидкого топлива, необходимое для эффективного и экономичного смешения и горения топливно-воздушной смеси. Для решения этой проблемы рассматривается возможность использования газоструйных излучателей в качестве форсунки                                                    .

В начале XX века Юлий Гартман смог обнаружить резонанс в трубке Пито во время экспериментальных исследований сверхзвуковых течений  [1]. Гартман также провел эксперименты с большим резонатором Гельмгольца вместо трубки Пито. Эта конфигурация стала известна как «пульсатор Гартмана». После этого начались исследования устройств данного типа во всем мире                                       .

В настоящее время существует два способа акустического распыления жидкостей [2]:

  • подвод энергии к зоне распыливания через жидкость (энергия сообщается слою жидкости или направлением пучка ультразвуковых волн от излучателя из глубины жидкости на ее поверхность);
  • подвод энергии к зоне распыливания через газ.

Форсунки, подводящие энергию через газ, более предпочтительны для использования в качестве распыляющего устройства топлива, поскольку они просты в конструкции (нет движущихся частей) и не требуют дополнительного источника энергии. Современные акустические форсунки позволяют получить факел со средним размером капель 10 мкм, что в три раза меньше, чем у механических форсунок. Однако для реализации качественного распыла при помощи акустической форсунки необходимо точно определить зависимость медианного диаметра капель от отношения расхода воздуха, затрачиваемого на распыление, к расходу жидкости, пропускаемой через форсунку [3]. Еще одной сложностью является математическое (численное) прогнозирование дробления капель, поскольку это является чрезвычайно сложным процессом и характеризуется взаимодействием сил поверхностного натяжения, вязкости и сил инерции [4]. Исследования по данному вопросу представлены в работе  [5].

В данной работе рассмотрена возможность применения газоструйного излучателя в качестве распылительного устройства (форсунки). Благодаря специальной конструкции форсунки сверхзвуковое течение приводит к образованию ударно-волновых структур, которые генерируют ультразвуковое поле. Такая среда способствует дроблению жидкостной пленки на мелкие капли, диаметр которых, в свою очередь, достаточен для эффективного и экономичного смешения и горения жидкого топлива с окислителем.  

Литература
  1. Розенберг Л.Д. Источники мощного ультразвука. М.: Наука, 1967. 377 с.
  2. Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодкин В.И. Распыление жидкостей. М.: Машиностроение, 1977. 260 с.
  3. Пажи Д.Г., Галустов В.С. Основы техники распыливания жидкостей. М.: Химия, 1984. 256 с.
  4. Кудряшова О.Б., Ворожцов Б.И., Муравлев Е.В., Ишматов А.Н., Павленко А.А. Ударно-волновая генерация высокодисперсных жидкокапельных аэрозолей // Ползуновский вестник. 2010. № 4–1. С. 95–101.
  5. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. I. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 464 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.