ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a t ENERGETYKA z . 3 8
1211
Np k o l . 309
RYSZARD PETELA
K atedra Podstaw T e c h n ik i C ie p ln e j ZBIGNIEW KAPŁON
Z a k ła d y K oksochem iczne C on co rd ia - Zabrze
PCMIARY ROZKŁAD ĆW MASY I ¿REDNIC KROPEL ROZPYLONEJ CIECZY
R o zp y lo n ą s t r u g ę o i e c z y można c h a r a k te r y z o w a ć m ięd zy innym i p a ram etram i t a k im i j a k . na p r z y k ła d ś r e d n ia masowa ś r e d n ic a d k r o p e l o i e c z y o r a z g ę s t o ś ć s t r u m ie n ia g r o z p y lo n e j c i e c z y , p r z e c h o d z ą c e g o p r z e z je d n o stk o w ą p o w ie r z c h n ię . W ie lk o ś c i t e można r o z p a tr y w a ć w d o w o ln e j p ł a s z c z y ź n i e x , y p r z e c i n a j ą c e j ro zw ażan ą s t r u g ę . D la o k r e ś lo n e j w ię c p ła s z c z y z n y p r z e k r o ju s t r u g i ś r e d n ią m aso
wą ś r e d n i c ę d ( x , y ) d l a l i c z b y n k r o p e l p rz e c h o d z ą c y c h p r z e z e l e ment r o zw a ża n ej p ła s z c z y z n y o k r e ś la s i ę wzorem
S t r e s z c z e n i e . D la poziom o r o z p y la n e j s t r u g i kw asu b e n z o eso w eg o (CgH-COOH) p r z e d s ta w io n o za pomocą wykresów ( r y s . 5 i 6 ) w y n ik i pom ia
rów ro zk ła d ó w g ę s t o ś c i s t r u m ie n ia i ś r e d n i e j n a so w ej ś r e d n ic y k r o p e l w p o z io m e j p ł a s z c z y ź n i e pom iarow ej ( r y s . 2 ) .
(CgHgCOOH) p r z e d s ta w io n o ( r y s . 5 1 6 ) w y n ik i p om ia-
i=*n
( 1 )
i=1
g d z i e 1
di# mŁ - ś r e d n ic a i masa k o l e j n e j k r o p l i c i e c z y .
76 R. P e t e l a , Z. K apłon
G ę s t o ś ć s t r u m i e n i a g ( x , y ) j e s t s t o s u n k i e m s t r u m i e n i a G r o z p y l a n e j c i e c z y p r z e c h o d z ą c e j p r z e z e l e m e n t r o z w a ż a n e j p ł a s z c z y z n y , d o w i e l k o ś c i p o l a A t e g o e l e m e n t u
S - T Ji (2)
Znajom ość w y m ie n io n y c h p a ra m e tró w j e s t p o ż y t e c z n ą p r z y r o z p a t r y w a n iu r o z p y l o n y c h s t r u g r o z m a i t y c h c i e c z y , a p r z y k ła d e m może tu b y ć
¡Struga r o z p y l o n e g o p a l i w a c i e k ł e g o p r z e z n a c z o n e g o do s p a l a n i a w o - k r e ś l o n e j p r z e s t r z e n i .
Celem b a d a ń o p i s a n y c h w n i n i e j s z e j p r a c y b y ł p o m ia r r o z k ł a d ó w w i e l k o ś c i d ( x , y ) i g ( x ) y ) na o k r e ś l o n e j p ł a s z c z y ź n i e , w z a l e ż n o ś c i od n i e k t ó r y c h w ł a s n o ś c i f i z y c z n y c h r o z p y l a n e j c i e c z y n i e p a l n e j o - r a z w z a l e ż n o ś c i od g e o m e t r i i z a s t o s o w a n e g o r o z p y l a c z a c i ś n i e n i o wego [2] z komorą w ir o w ą . G e o m e t r i ę t ę można o k r e ś l i ć za pomocą c h a r a k t e r y s t y c z n e j l i c z b y Abramowicza W o b l i c z a n e j wzorem
* d D
" — n ę - <3 i
g d z i e :
d - ś r e d n i c a o tw o ru w y lo to w e g o z komory w i r o w e j , r
Ar - p o l e p o w i e r z c h n i p o p r z e c z n e g o p r z e k r o j u w lotow ego do komo
r y w i r o w e j ,
D - ś r e d n i c a z a w i r o w a n i a ś ro d k o w e j s t r u g i w p ł y w a j ą c e j do komo
r y w i r o w e j .
R o z p y l a c z s t o s o w a n y w b a d a n i a c h p r z e d s t a w i o n o na r y s u n k u 1 . Go b a d a ń u ż y t o 3 r o z p y l a c z y r ó ż n i ą c y c h s i ę od s i e b i e wymiarami h i d^.
k t ó r e w każdym z r o z p y l a c z y b y ł y w tym samym s t o s u n k u dc s i e b i e h / d = 3 . Ze w zoru ( 3 ) w y n i k a , ż e d l a r o z p y l a c z a o ś r e d n i c y d =
Y Y
= 0 , 4 5 mm l i c z b a V = 0 , 2 9 » o d p o w ie d n io z aś d l a dr = 0 , 5 l i c z b a V =
= 0 , 3 3 o r a z d l a d = 0 , 6 o t r z y m u j e s i ę W = 0 , 3 9 . r
P o m ia ry r o z k ł a d ó w m asy i ś r e d n i c . . .
Do p r z e p r o w a d z e n i a d o ś w i a d c z e ń u ż y t o p r o s t e j i n s t a l a c j i cze,j [ i j , k t ó r e j s c h e m a t p o dano na r y s u n k u 2 , w id o k z a ś na ku 3 . P r z e z n a c z o n ą do r o z p y l a n i a c i e c z u m i e s z c z a s i ę
R y s. 1 . R o z p y l a c z
77
b a d a w - r y s u n -
w z b i o r n i k u 1 podgrzanym p a l n i k i e m gazovsym 2 . T e m p e r a t u r ę c i e c z y k o n t r o l u j e s i ę te rm o m e tre m 3« Przewodem 4 do p ro w ad za 3 i ę do z b i o r n i k a s p r ę ż o n e p o w i e t r z e , kirórego c i ś n i e n i e r e g u l u j e s i ę zaworem 5
7 8 R. P e t e l a , Z. Kapłon
i m ie r z y manometrem 6 . C i ś n i e n i e t e g o p o w ie tr z a w y c isk a ze z b io r n ik a c i e o z p r z e z r o z p y la c z 7 , k tó r y u m ie sz c z o n y j e s t w d o ln e j c z ę ś c i z b io r n ik a . R ozpylona poziom o s t r u g a opada na wannę 8 c h w y ta ją c ą k r o p le , u m ie sz c z o n ą 200 mm p o n iż e j o s i r o z p y la c z a . P ła s z c z y z n a p rze ch o d z ą c a p r z e z g órn ą krawędź wanny j e s t rozw ażaną p ła s z c z y z n ą
* ty *
R y s. 3 . Widok i n s t a l a c j i badaw czej
Wanna w w idoku z g ó r y le ż ą c a s y m e tr y c z n ie w zd łu ż o s i s t r u g i ma s z e r o k o ś ć 50 om i j e s t p o d z ie lo n a na e le m e n ty w k s z t a ł c i e kwadra
tow ych p ó l o boku 10 cm. W y stęp u ją ce w ię c we w zorze ( 2 ) p o le p o - w ie r z c h n i t a k ie g o e le m e n tu w y n o si A - 100 cm . Oś 2 x u sytuow ana j e s t pod o s i ą r o z p y la n e j s t r u g i , p r z e z y z a ś o zn aczon o o d l e g ł o ś ć rozw a ża n eg o m ie js c a od o s i x . p o c z ą te k o s i x z n a jd u je s i ę w p ła s z c z y ź n i e p oczą tk o w eg o p r z e k r o ju s t r u g i ( r y s . 2 ) .
Pomiary rozkładów masy i ś r e d n i c . . . 1 2
Do badań z a sto so w a n o m etodę poi,legającą na w ychwytywaniu k r o p e l c i e c z y z e s t a l a j ą c y c h s i ę w ośrod k u gazowym. P rzy r o z p y la n iu wosku ziem n ego ( o z o k e r y t u ) o k a z a ło s i ę , że uchwycone k n o p ie b y ły m ięk k ie i z l e p i a ł y s i ę u t r u d n ia j ą c b a d a n ia . Do badań z a sto so w a n o w ię c kwas b en zo eso w y (CgH^ COOH), k tó r e g o k r o p le b y ł y tw arde i n i e z l e p i a j ą - c e s i ę .
Kwas t e n w t e m p e r a t u r z e p o k o jo w e j p o s i a d a p o s t a ć i d r o b n o k r y s t a - l i c z n e g o p r o s z k u lu b b i a ł y c h b ł y s z c z ą c y c h i g i e ł o c h a r a k t e r y s t y c z nym z a p a c h u . J e s t on t r u d n o r o z p u s z c z a l n y w z i m n e j w o d z i e , a ł a t w o - r o z p u s z c z a s i ę w w o d z ie w r z ą c e j , e t e r z e , c h l o r o f o r m i e i c h l o r k u e - ty lo w y m . G ę s t o ś ć kwasu b e n z o e s o w e g o w t e m p e r a t u r z e p o k o jo w e j wyno
s i 1340 k g / n P , t e m p e r a t u r a t o p n i e n i a o - k o ł o 1 2 0 , 5 ° C , t e m p e r a t u r a w r z e n i a 2 4 9 °Cj
W z a l e ż n o ś c i od t e m p e r a t u r y t p r z e d s t a w i o n o n a r y s u n k u 4 , d l a c i e k ł e g o kwa
s u b e n z o e s o w e g o , w a r t o ś c i d y n a m ic z n e g o w s p ó ł c z y n n i k a l e p k o ś c i ą , w s p ó ł c z y n n i k a n a p i ę c i a p o w i e r z c h n i o w e g o 6 o r a z g ę s t o ś c i ę [ 3 ] .
B a d a n i a r o z p y l o n e j s t r u g i p r z e p r o w a d z a n o o k r e s o w o , a j e d n o r a z o w a p o je m n o ś ć
z b i o r n i k a kwasu w y n o s i, o k o ł o 380 g . Przed r o z p y l a n i e m s p r a w d z a n o pio n o w e u s t a w i e n i e z b i o r n i k a o r a z p r a w i d ł o w a u ł o ż e n i e o s i r o z p y l a c z a w s t o s u n k u do p ł a s z c z y z n y p o m i a r o w e j , za pomocą p i o n u i p o z i o m ic y . P o m i a r c z a s u d z i a ł a n i a r o z p y l a c z a r o z p o c z y n a n o od c h w i l i u s t a l e n i a s i ę p r z e p ł y w u r o z p y l a n e j s t r u g i . Rozpad na k r o p l e n a s t ę p o w a ł , w o d l e g ł o ś c i k i l k u c e n t y m e t r ó w od p o c z ą tk o w e g o p r z e k r o j u s t r u g i , z a ś w o d l e g ł o ś c i o k o ł o 20 cm od t e g o p r z e k r o j u w i ę k s z o ś ć k r o p e l b y ł a j u ż z e s t a l o n a . Masa k r o p e l wychwytywana p r z e z p o s z c z e g ó l n e e l e m e n t y wanny b y ł a ważona o r a z a -
t r R y s. 4« W ła ś c iw o ś c i f i z y cz n e kwasu benzoesow e--
go
80 R. P e t e l a , Z. K a p ło n
n a l i z o w a n a ze w z g l ę d u na r o z k ł a d ś r e d n i c k r o p e l , za pomocą kom
p l e t u s i t .
S p o ś r ó d 20 p ró b r o z p y l e ń do o p r a c o w a n i a w ybrano 7 u d a n y c h . P i e r w sze t r z y p r ó b y ( a , b , c - t a b l i c a 1) u j a w n i a j ą wpływ m a n o m e tr y c z n e - go c i ś n i e n i a p r o z p y l a n e g o kwasu p r z e d r o z p y l a c z e m na b a d a n e wiel
k o ś c i s t r u g i . N a s t ę p n e t r z y p r ó b y ( d , e , f ) p rz e p ro w a d ź ono c e le m wy
k r y c i a wpływu z m i e n n e j t e m p e r a t u r y t r o z p y l o n e g o kw asu, co w ł a ś c i w i e s p r o w a d z a s i ę do wpływu l e p k o ś c i c i e c z y na b a d a n e p a r a m e t r y s t r u g i . O s t a t n i a p ró b a ( g ) w r a z z p r ó b ą b i e d a j e m o ż liw o ś ć o k r e ś l e n i a wpływu ś r e d n i c y dr w y lo to w e g o p r z e k r o j u d y s z y na b a d a n e w i e l k o ś c i . ’7 t a b l i c y 1 podano r ó w n i e ż o d p o w ie d n ie w a r t o ś c i l i c z b y W.
T a b l i c a 1 p a r a m e t r y p r z y r o z p y l a n i u
dymbol p r ó b y
P b a r
t
0
,,
L
di-
mm W
a 2 155 0 , 4 5 0 , 2 9
b 3 155 0 , 4 5 0 , 2 9
c 4 155 0 , 4 5 0 , 2 9
d 3 14C 0 , 5 0 ,3 3
e 3 155 0 , 5 0 , 3 3
f 3 170 0 , 5 0 , 3 3
3 155 0 , 6 0 , 3 9
...
.1 t a b l i c y 2 p r z e d s t a w i o n o d l a p r z y k ł a d u f r a g m e n t wyników po m ia
r u p r z y p r ó b i e r o z p y l a n i a a . O a s a c i e c z y w i l o ś c i 20 1 ,0 g z o s t a ł a r o z p y l o n a w c z a s i e 55 s . W y n ik i p odane w t a b l i c y 2 d o t y c z ą p ł a s z c z y z n y p r z e k r o j u o d l e g ł e j od p o c z ą tk o w e g o p r z e k r o j u s t r u g i o x =
= 30 cm. G ę s t o ś ć s t r u m i e n i a o b l i c z a n o wzorem ( 2 ) i na p r z y k ł a d d l a
P o m ia r y r o z k ł a d ó w masy i ś r e d n i c . « 81
p u n k t u o w s p ó ł r z ę d n y c h x = 30 cm, y = - 2 0 cm o t r z y m u j e s i ę na pod
s t a w i e t a b l i c y 2 n a s t ę p u j ą c ą w a r t o ś ć
g . £3. BŁ— = 0,25 - 2mg"-
100 cmŁ 55 s cm min
T a b l i c a 2 R o z k ła d ma3y (w mg) k r o p e l p o d ł u g ś r e d n i c
P o z o s t a ł o ś ć n a s i c i e o w y m iarze oc zka
¿J. m
y era
- 2 0 - 1 0 0 10 20
385 1 7
250 4 8 9 7 3
200 8 10 11 12 . 10
150 9 83 123 91 8
120 1 282 1208 301 1
38 73 638 72 1
75 20 128 78
60 8 24 15
Ra zem 23 489 2 1 3 8 526 23
D la t e g o samego p u n k t u ś r e d n i ą ś r e d n i c ę d o b l i c z o n o wzorem (1) w n a s t ę p u j ą c y s p o s ó b
r 1 - 3 8 5 + 4 . 2 5 0 + 8 . 2 0 0 + 9 . 1 5 0 + 1 . 1 2 0 ...
a =.--- *--- ~ --- = 194^- m
W s z y s t k i e w y n i k i pomiarów p r z e d s t a w i o n o j l ] w p o s t a c i w y k re só w . 'U n i n i e j s z e j p r a c y , d l a w s z y s t k i c h 7 p r ó b r o z p y l a n i a , p r z e d s t a w i o ne t y l k o n i e k t ó r e l i n i e s t a ł e j g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a ( r y s , 5 ) o r a z n i e k t ó r e l i n i e s t a ł e j w a r t o ś c i ś r e d n i e j ś r e d n i c y ( r y s . 6 ) .
Z p o r ó w n a n ia o d p o w i e d n i c h l i n i i w y p ły w a ją r ó ż n e w n i c s k i . N a p r z y k ł a d z wykresów 5a»ł>,o w y n i k a , że w z r o s t c i ś n i e n i a r o z p y l o n e j c i e c z y pow oduje z m n i e j s z e n i e z a s i ę g u s t r u g i w z d ł u ż o s i z o r a z wzrost
R. Pe Pela. Z« Kapłon
* §
84 R. P e t e l a , Z. K apłon
m a k sy m a ln e j w a r t o ś c i g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a i z b l i ż e n i e m i e j s c a j e j w y s t ę p o w a n i a do p o c z ą tk o w e g o p r z e k r o j u s t r u g i . Z wykresów 5 d , e , f , w y n i k a , że w z r o s t t e m p e r a t u r y r o z p y l o n e j c i e c z y pow oduje z m n i e j s z e n i e z a s i ę g u s t r u g i o r a z z m n i e j s z e n i e m a k sy m aln ej w a r t o ś c i g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a . P o r ó w n a n ie wykresów 5 b , e , g w s k a z u j e , że w z r o s t ś r e d n i c y d y s z y r o z p y l a c z a , a w ię c w rozw ażanym p r z y p a d k u w z r o s t l i c z b y W pow oduje z m n i e j s z e n i e z a s i ę g u s t r u g i .
W y k resy 6 a , b , c w y k a z u j ą , że im w i ę k s z e j e s t c i ś n i e n i e r o z p y l a n e j c i e c z y , tym m n i e j s z a j e s t w a r t o ś ć ś r e d n i e j masowej ś r e d n i c y kro
p e l . Podobny wpływ ma r ó w n i e ż t e m p e r a t u r a r o z p y l a n e j c i e c z y ( r y s . 6 d , e , f ) . P o r ó w n a n ie wykresów 6 b , e , g , w s k a z u j e na t o , że w z r o s t ś r e d n i c y w y l o t o w e j d y s z y r o z p y l a c z a n i e wpływa w y r a ź n i e na zm ia n ę ś r e d n i e j masowej ś r e d n i c y k r o p e l .
LITERATURA
[1] KAPŁON Z. - B a d a n i e g ę s t o ś c i z r a s z a n i a s t r u g ą r o z p y l o n e j c i e c z y . M a g i s t e r s k a P r a c a dyplom ow a. K a t e d r a P o d staw T e c h n i k i C i e p l n e j P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j 1 9 7 0 .
[2] PETELA R. - U ż y tk o w a n ie p a l i w . S k r y p t P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j . G l i w i c e 1 9 7 1 .
[3] TURNER G .M ., MOULTON R.W. - D r o p s i z e d i s t r i b u t i o n s fr-om s p r a y n o z z l e s . C h e m i c a l E n g . P r o g r e s s 1 9 5 3 , t . 49 n r 4 s . 1 8 5 / 9 4 .
lA3MEPEHHtt PA3JIOXEHKn MAC UH M flKAMETP KAIMK PACitlHJIEHHOM łłiflKOCTM
P e 3 d u e
flaa ropłiaoHTajibHo pacnuweKHok CTpyK 6eH3oiinoii k k c j t o t h COOH) npej- c-faBweHO np« nonom« rpa$«KOB Iptic. 5 t C) pe3yab'raTŁ H3uepeH«0 paawoateBHfi EJtcTHooTH noToita u uaccoBoro cpemHero jHaMeTpa Kanw« b ropH30HTawŁHofi nao-
C K O C T H HSUepeHHB (pHC. 2) ,
Pomiary rozkładów masy i śr e d n ic 85
D IST R IB U T IO N MEASUREMENTS OF MASS AND DROP DIAMETERS OF AN ATOMIZED FLUID
S u m m a r y
F o r h o r i z o n t a l y a t o m i z e d s t r e a m o f a l i q u i d CgH^COOH, t h e measu
r e m e n t r e s u l t s o f t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e mass s t r e a m d e n s i t y g and t h e mean mass d i a m e t e r d o f d r o p s , c o n s i d e r e d i n a h o r i z o n t a l m e a s u re m e n t p l a n e ( F i g . 2 ) , t h e r e a r e p r e s e n t e d b y means o f t h e d i a g r a m s ( F i g . 5 and 6 ) .
