Диспергирование струи жидкости

Жидкая струя, вытекающая в заполненное газом пространство, начинает пульсировать, взаимодействовать с окружающей средой и в конечном итоге – распадаться на капли. Неустойчивость движения струи является следствием малых возмущений, источником которых могут быть неровности и шероховатости поверхности сопла, неправильная геометрия отверстия, пульсации в жидкости и т.п.

В общем случае рассматриваемый процесс описывается уравнением движения фаз и условиями взаимодействия на границе из раздела. Принимая, что при значительных скоростях жидкой струи гравитационные силы пренебрежимо малы по сравнению с силами инерции, а в газовой фазе возникают интенсивные турбулентные возмущения, так что силами молекулярного трения можно также пренебречь, для осемитричного течения, необходимо записать следующую систему уравнений:

Уравнение Навье–Стокса и неразрывности для жидкой фазы (диспергируемой)

; (1.48)

Уравнение Навье–Стокса и неразрывности для газовой фазы (сплошной)

. (1.49)

Условия механического взаимодействия на границе раздела фаз

(1.50)

Граничные условия включают в себя также характеристику геометрий камеры и сопла, начальную скорость истечения струи и газа, теплофизические свойства сред и т.п. Аналитическое решение системы уравнений (48) – (50) отсутствует. Использование методов теории подобия позволяет получить следующие безразмерные комплексы.

. (1.51)

. (1.52)

При обработке экспериментальных данных по диспергированию струи для оценки дисперсности образующихся капель используют зависимость

, (1.53)

где d_о – средний диаметр образующихся капель; We – критерий Вебера, характеризующий отношение вязкости сил к силам поверхностного натяжения, ; Lp – критерий Лапласа, характеризующий отношение вязкостных сил к силам поверхностного натяжения .

Критерий Вебера являются показателем устойчивости струи, и его значение характеризует поведение струи при различных относительных скоростях истечения.

Обдув газовым потоком струи значительно интенсифицирует процесс ее распада и повышает дисперсность образующихся капель, причем наибольшее влияние на диспергирование жидкости оказывает удельный расход дутья. Максимальная частота колебаний обдуваемой струи

; (1.54)

время распада

, (1.55)

а диаметр образующихся капель

. (1.56)

Основное влияние на время распада струи, и размеры образующихся капель оказывает поверхностное натяжение (способствующее сохранению формы) и скорость (динамическое воздействие) газового потока (стремящегося разрушить струю). Однако с распадом струи процесс распыла не заканчивается, поскольку образующиеся капли также подергаются воздействию несущего из газового потока.

Дата добавления: 2013-12-12