S e r i a l I N Ż Y N I E R I A Ś R O D O W I S K A z. 3 3 N r k o l . 1 0 3 3
J e r z y P R Y W E R
I n s t y t u t M a s z y n P r z e p ł y w o w y c h P o l i t e c h n i k a Ł ó d z k a
P R O M I E N I O W Y R O Z K Ł A D G Ę S T O Ś C I S T R U M I E N I A C I E C Z Y R O Z P Y L A C Z A S T R U M I E N I O W O - W I R O W E G O
S t r e s z c z e n i e . P a r a m e t r y c h a r a k t e r y z u j ą c e r o z p y l a n a s t r u g ę c i e c z y m o Z n a p o d z i e l i ć na m a k r o - i m i k r o s k o p o w e . J e d n y m z i s t o t n y c h p a r a m e t r ó w m a k r o s k o p o w y c h J e s t r ó w n o m i e r n o ś ć r o z p y l e n i a , k t ó r a c h a r a k t e r y z u j e p r z e s t r z e n n y r o z k ł a d m a s y r o z p y l o n e j c i e c z y . R o z k ł a d t e n m o ż n a r o z p a t r y w a ć w t r z e c h k i e r u n k a c h , t z n . p r o m i e n i o w y m , o b w o d o w y m i o s i o w y m o r a z p r z e d s t a w i a ć z a p o m o c ę r o z k ł a d u g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y , k t ó r y w y z n a c z o n y J e s t w y ł ę c z n i e n a d r o d z e d o ś w i a d c z a l n e j .
W r e f e r a c i e o m ó w i o n o r o z k ł a d y g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y w p o s z c z e g ó l n y c h k i e r u n k a c h o r a z w y c h o d z ę c z p r o m i e n i o w e g o r o z k ł a d u g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y , p r z e d s t a w i o n o a n a l i z ę i s t n i e j ą c y c h k o n s t r u k c j i r o z p y l a c z y . P o n a d t o z a p r e z e n t o w a n o k o n s t r u k c j ę r o z p y l a c z a s t r u m i e n i o w o - w i r o w e g o , k t ó r y u m o ż l i w i a d o w o l n e k s z t a ł t o w a n i e p r o m i e n i o w e g o r o z k ł a d u g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y o r a z m i e s z a n i e d w ó c h r ó ż n y c h c i e c z y .
1. W P R O W A D Z E N I E
R o z p y l a n i e c i e c z y s t o s o w a n e J e s t d z i ś p o w s z e c h n i e w w i e l u d z i e d z i n a c h t e c h n i k i . D o r o z p y l a n i a c i e c z y s ł u ż ę r ó ż n e g o r o d z a j u r o z p y l a c z e , k t ó r y c h k o n s t r u k c j a w y n i k a z p a r a m e t r ó w , j a k i m i m a s i ę c h a r a k t e r y z o w a ć r o z p y l o n a s t r u g a c i e c z y . J e d n y m z i s t o t n y c h p a r a m e t r ó w j e s t r o z k ł a d c i e c z y w s t r u d z e k r o p e l . R o z k ł a d ten, z g o d n i e z [l] , c h a r a k t e r y z u j e s i ę z a p o m o c ę g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y q, k t ó r y m o ż n a r o z p a t r y w a ć w t r z e c h k i e r u n k a c h , t z n . p r o m i e n i o w y m q r , o b w o d o w y m i o s i o w y m q x .
P o d s t a w o w ę w i e l k o ś c i ę s ł u ż ę c ę d o o c e n y k o n s t r u k c j i r o z p y l a c z a J e s t p r o m i e n i o w y r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y - q f • f ( r ) . W y n i k a to z f a k t u , ż e r o z k ł a d t e n - o b o k k ę t a r o z p y l e n i a - s t a n o w i p a r a m e t r d o b i e r a n y w z a l e ż n o ś c i o d p r z e z n a c z e n i a r o z p y l a c z a .
2. R O Z P Y L A C Z S T R U M I E N I O W O - W I R O W Y
R o z p y l a c z a t r u m i e n i o w o - w i r o w y J e s t p o ł ę c z e n l e a r o z p y l a c z a s t r u m i e n i o w e g o i w i r o w e g o , p r z e z c o o t r z y m u j e s i ę n o w y t y p r o z p y l a c z a o p o z y t y w n y c h c e c h a c h o b u t y c h t y p ó w r o z p y l a c z y .
182 O. Prywer
Kon strukcję rozpylacza atrumi en iow o- wi row eg o prz ed stawiono na rys. 1.
Cechy rozpylacza strumieniowego zapewnia kanał osiowy o śr ednicy dQ , zaś wirowego - wkładka z kanałami wz dłu ż n ym i o wymi ar ach a x b (rys.la) lub stycznymi o średnicy dz (rys. Ib). Wi el koś ci am i charakt er yst ycz ny mi sę kęt f nachylenia kanałów wzdłużny ch lub promień R, na Jakim znajduję się kanały styczne. Ze w zg lę dów techn olo gi cz nyc h wi ęk sze praktyczne za
stosowanie może posiadać rozpylacz st r um ie ńi owo -w ir owy z wkładkę z kana
łami wzdłużnymi. W rozpylaczu tego typu w procesie rozpylania biorę zatem udział dwie. a nie jedna struga cieczy jak w rozpylaczu strumieni ow ym czy wirowym. Oddz ia ływ an ie na siebie p o w y ż s z y c h s t r u g wywiera de c y d u ję c y wpływ na r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y .
a) z wkładkę z kanałami wzdłu żny mi , b) z wkładkę z kanałami st ycznymi 1 - wkładk8, 2 - komora wirowa, 3 - kanał wylotowy, 4 - kanały wzdłużne,
5 - kanały styczne Fig. 1. O et - s wi r l atomizer
a) with cylindrical sleeve wit h lengthw is e channels, b) wit h swirl chamber wi t h tangential orifices
1 - cy lindrical sleeve, 2 - mixin g chamber, 3 - tangent channels, 4 - l e n g t h w i s e c h a n n e l s
B — B
Rys. i. R oz p yl acz st rum ie ni owo -w ir owy
R o z p y l a c z e s t r u m i e n i o w e c h a r a k t e r y z u j e a l e b a r d z o n i e r ó w n o m i e r n y m p r o m i e n i o w y m r o z k ł a d e m g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y ( r y s . 2 ) . M a k s y m a l n a g ę s t o ś ć P rBlax **e w s z y s t k i c h p o p r z e c z n y c h p r z e k r o j a c h w y s t ę p u j e w o s i r o z p y l a c z a . Wr a z z e w z r o s t e m o d l e g ł o ś c i o d w y l o t u r o z p y l a c z a r o z k ł a d y u l e g a - ję s p ł a s z c z e n i u 1 z w i ę k s z e n i u r o z m i a r u p o p r z e c z n e g o . R o z k ł a d y t e sę J e d n a k d o s i e b i e p o d o b n e , c o p o z w a l a p r z y p u s z c z a ć . Z e p r o m i e n i o w y r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y r o z p y l a c z a t e g o t y p u p o d l e g a p o d o b n e m u p r a w u j a k r o z k ł a d p r ę d k o ś c i p ł y n u w r u r z e .
R y s . 2. P r o a i e n i o w y r o z k ł s d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y r o z p y l a c z a s t r u m i e n i o w e g o
1 , 2 , 3 - r o z k ł a d y o d p o w i a d a j ę c e c o r a z w i ę k s z y m o d l e g ł o ś c i o m o d w y l o t u r o z p y l a c z a
F i g . 2. R a d i a l d i s t r i b u t i o n o f t h e f l u x d e n s i t y o f l i q u i d o f J e t a t o m i z e r 1 , 2, 3 - d i s t r i b u t i o n s c o r r e s p o n d i n g t o g r o w i n g d i s t a n c e x f r o m t h e
a t o m i z e r m o u t h
P r o m i e n i o w y r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y r o z p y l a c z a w i r o w e g o c h a r a k t e r y z u j e s i ę - w p r z e c i w i e ń s t w i e d o r o z p y l a c z y s t r u m i e n i o w y c h - b r a k i e m p o d o b i e ń s t w a J e g o p r z e b i e g u w r ó ż n y c h p r z e k r o j a c h p o p r z e c z n y c h s t r u g i . W p r z e k r o j a c h n i e d a l e k o o d d a l o n y c h o d w y l o t u r o z p y l a c z a s t r u g s p o z b a wiona jest k r o p e l w p o b l i ż u o s i , z a ś w p r z e k r o j a c h d a l e k o p o ł o ż o n y c h największe w a r t o ś c i p r o m i e n i o w e g o r o z k ł a d u g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y w y stępuję właśnie w o s i s t r u g i .
P r o m i e n i o w y r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y r o z p y l a c z y w i r o w y c h z a l e ż y o d w i e l u c z y n n i k ó w , m. in. o d s p a d k u c i ś n i e n i a A p , s t r u m i e n i a o b j ę t o ś c i V l u b s t r u m i e n i a m a s y m i l e p k o ś c i c i e c z y . W n i e k t ó r y c h e k s t r e m a l n y c h p r z y p a d k a c h , n p. d l a m a ł e g o s p a d k u c i ś n i e n i a i m a ł e j ś r e d n i c y d Q k a n a ł u w y l o t o w e g o r o z p y l a c z a ( p a t r z r y s . I b ) l u b d l a m a ł e g o s t r u m i e n i a o b j ę t o ś c i i d u ż e j l e p k o ś c i c i e c z y , r o z k ł a d t e n s t a j e s i ę n i e t y p o w y .
N a rys . 3 p r z e d s t a w i o n o p r z y k ł a d o w y p r o m i e n i o w y r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y r o z p y l a c z a w i r o w e g o . O a k w i d a ć z t e g o r y s u n k u , p r z y w z r o ś c i e c i ś n i e n i a c i e c z y , c z y l i p r z y w z r o ś c i e j e j p r ę d k o ś c i w y p ł y w u z r o z p y l a c z e ,
184 3. Prywer
c e n t r a l n y o b s z a r s t r u g i w y p e ł n i a s i ę c i e c z « , z a c z y n a s i ę d e f o r a o w a ć .
a s t o ż k o w y k s z t a ł t s t r u g i
w r o z p y l a c z u s t r u a i e n i o - w o - w i r o w y m , w w y n i k u o d d z i a ł y w a n i a n a s i e b i e d w ó c h s t r u g , p o w s t a j e p r o a i e n l o w y r o z k ł a d s t r u m i e n i a c i e c z y , k t ó r e g o k s z t a ł t a o i n a d o w o l n i e f o r m o w a ć p o p r z e z z a i a n ę p a r a m e t r ó w g e o m e t r y c z n y c h r o z p y l a c z a . R o z k ł a d t e n - p r z y s p e ł n i e n i u p e w n y c h w a r u n k ó w - m o ż e o d z n a c z a ć s i ę b a r d z o d o b r ę r ó w n o m i e r n o ś c i « , c o s t a n o w i c e n n ę z a l e t ę t e g o t y p u r o z p y l a c z y , s z c z e g ó l n i e i s t o t n ę w p r o c e s a c h w y m i a n y m a s y i c i e p ł a ( s k r u b e r y , k o m o r y k l i m a t y z a c y j n e , r e a k t o r y c h e m i c z n e , s c h ł a d z a c z e p a r y i t p . ). W i n n y c h w a r u n k a c h r o z p y l a c z s t r u m i e n i o w o - - w i r o w y m o ż e z a p e w n i a ć o t r z y m a n i e p r o m i e n i o w e g o r o z k ł a d u g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y t y p o w e g o d l a r o z p y l a c z y s t r u m i e n i o w y c h , a w j e s z c z e i n n y c h - t y p o w e g o d l a r o z p y l a c z y w i r o w y c h .
N a p o d s t a w i e d o ś w i a d c z e ń w ł a s n y c h [
3
] i [V] o r a z b a d a ń o b c y c h [V] i [V]m o ż n a s t w i e r d z i ć , ż e p r z y r o z p y l a c z a c h s t r u m i e n i o w o - w l r o w y c h z w k ł a d k ę z k a n a ł a m i w z d ł u ż n y m i d e c y d u j ę c y w p ł y w n a p r o m i e n i o w y r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y w y w i e r a p a r a m e t r g e o m e t r y c z n y Ki
R y s . 3. P r o m i e n i o w y r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y r o z p y l a c z a w i r o w e g o 1, 2 , 3 - k r z y w e o d p o w i a d a j ę c e c o r a z w i ę k
s z y m s p a d k o m c i ś n i e n i a
F i g . 3. R a d i a l d i s t r i b u t i o n o f t h e f l u x d e n s i t y o f l i q u i d of s w i r l a t o m i z e r f o r
d i f f e r e n t p r e s s u r e d r o p s
1 . 2 , 3 - c u r v e s c o r r e s p o n d i n g t o g r o w i n g p r e s s u r e d r o p
A.
4 n a b
(
1
)g d z i e :
X ja 2 • s u m a r y c z n a p o w i e r z c h n i a p r z e k r o j u p o p r z e c z n e g o k a n a ł ó w w z d ł u ż n y c h w k ł a d k i ,
Aq - p r z e k r ó j p o p r z e c z n y k a n a ł u o s i o w e g o w k ł a d k i , n - i l o ś ć k a n a ł ó w w z d ł u ż n y c h ,
a , b - w y m i a r y p r z e k r o j u p o p r z e c z n e g o k a n a ł u w z d ł u ż n e g o , d Q - ś r e d n i c e k a n a ł u o s i o w e g o .
K = 0 K = U,3 K = 8 K = 10 K =12
R y s . 4. P r o m i e n i o w y r o z k ł a d g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y r o z p y l a c z a s t r u - m i e n i o w o - w i r o w e g o z w k ł a d k ę z k a n a ł a m i w z d ł u ż n y m i p r z y r ó ż n y c h w a r t o ś
c i a c h p a r a m e t r u g e o m e t r y c z n e g o K
F i g . 4. D e p e n d e n c e of t h e r a d i a l d i s t r i b u t i o n o f t h e f l u x d e n s i t y o f l i q u i d of t h e J e t - s w l r l a t o m i z e r s o n g e o m e t r i c p a r a m e t e r K
N a r y s . 4. p r z e d s t a w i o n o k i l k a w y b r a n y c h p r z e b i e g ó w p r o m i e n i o w e g o r o z k ł a d u g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y r o z p y l a c z a s t r u m i e n i o w o - w i r o w e g o z w k ł a d k ę z k a n a ł a m i w z d ł u ż n y m i , o d p o w i a d a j ę c y c h r ó ż n y m w a r t o ś c i o m p a r a m e t r u g e o m e t r y c z n e g o K. P r z y p a d e k K » O , c z y l i g d y 2 A Z * o d p o w i a d a b a r d z o n i e r ó w n o m i e r n e m u r o z k ł a d o w i , c h a r a k t e r y z u j ę c e m u r o z p y l a c z e s t r u m i e n i o w e . P r z y w z r o ś c i e p a r a m e t r u g e o m e t r y c z n e g o K r o z k ł a d w y r ó w n u j e s i ę i n a j b a r d z i e j r ó w n o m i e r n y p r z e b i e g o s i ę g a w p r z e d z i a l e 3 < K < 5 , e w s z c z e g ó l n o ś c i d l a K « 4 , 3 . P r z e d z i a ł 5 < K < 1 0 o d p o w i a d a n i e r ó w n o m i e r n e m u r o z k ł a d o w i , k t ó r y J e s t t y p o w y d l a r o z p y l a c z y w i r o w y c h . P r z y p a r a m e t r z e K » 1 0 n a s t ę p u j e w y r a ź n a p o p r a w a r ó w n o m i e r n o ś c i r o z k ł a d u , a p r z y K » 1 2 - z m i a n a j a k o ś c i o w s i w y r a ź n e p o g o r s z e n i e r ó w n o m i e r n o ś c i p r o m i e n i o w e g o r o z k ł a d u g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y .
3. U W A G I K O Ń C O W E
R o z p y l a c z e s t r u m i e n i o w o - w i r o w e u m o ż l i w i a j ę , p o p r z e z o d p o w i e d n i d o b ó r p a r a m e t r ó w g e o m e t r y c z n y c h , d o w o l n e k s z t a ł t o w a n i e p r o m i e n i o w e g o r o z k ł a d u g ę s t o ś c i s t r u m i e n i a c i e c z y , p r z y c z y m n i e w y m a g a j ę p r z y t y m d o p r o w a d z e n i a i n n e g o c z y n n i k a p o z a r o z p y l a n ę c i e c z ę . P o z w a l a j ę o n e z a t e m na o t r z y m y w a n i e r ó w n i e ż r ó w n o m i e r n y c h r o z k ł a d ó w , c o J e s t s z c z e g ó l n i e i s t o t n e w p r o c e s a c h w y m i a n y c i e p ł a i m a s y .
P o n a d t o r o z p y l a c z e s t r u m i e n i o w o - w i r o w e m o g ę s ł u ż y ć d o m i e s z a n i a d w ó c h r ó ż n y c h c i e c z y , p o p r z e z o d d z i e l n e d o p r o w a d z e n i e j e d n e j c i e c z y d o k a n a ł u o s i o w e g o w k ł e d k i , s d r u g i e j d o k a n a ł ó w w z d ł u ż n y c h l u b s t y c z n y c h w k ł a d k i .
186 O. Prywer
LITERATURA[ l ] O r z e c h o w s k i Z . : R o z p y l a n i e c i e c z y . W N T , W a r s z a w a 1 9 7 6 .
[ z ] P r y w e r 0 . , O r z e c h o w s k i Z . , L e s z c z y ń s k i Z . : R o z p y l a c z s t r u m i e ń i o w o - w l - r o w y . Z g ł o s z e n i e w U P P R L n r P W 7 8 4 3 1 .
^ 3 P r y w e r O . , K u l e s z a 0 . : O e t - c e n t r i f u g a l a t o m i z e r i n a p p l i c a t i o n to s p r a y - e v a p o r a t i v e c o n d e n s e r . P r o c e e d i n g s X V I I - t h I n t e r n a t i o n a l C o n g r e s s o f R e f r i g e r a t i o n W I E N 8 7 , V o l . 8, C o m m i s i o n 8 2 .
[[
4
] P r y w e r 0 . , O r z e c h o w s k i Z. : A n a l i z a w a r u n k ó w r o z p y l a n i a i w z a j e m n e g o o d d z i a ł y w a n i a s t r u g o r a z i c h w p ł y w na p a r a m e t r y r o z p y l a c z a . O p r a c o w a n i e I M P P Ł , n r I M P - 1 0 1 5 , Ł ó d ź 1 9 8 7 .[ 5 I
P a ż i D . G . , G a ł u s t o w W . S . : R a s p y l i t i e l i Z i d k o s t i e j . I z d a t . " C h i r a i j a " , M o s k w a 1 9 7 9 .T ô l P a ż i D . G . , G a ł u s t o w V I.S . : O s n o w y t i e c h n i k i r o s p y l i w a n i j a Z i d k o s t i e j . I z d a t . " C h i m i j a " , M o s k w a 1 9 8 4 .
nPO CIPA H C T B EH H O E PA dlO JIO K EH K E M A C C H 4A K EJH T O IU M B A
P
e3
b m eIlapaMeipu xapaF.?epn3y£imne iJaKex scHflKociH mojkho pa3^e.-iHTi> Ha Manpo- h MHKpOOKOIIHHeCKHe. OAHHM H3 cyiIieCTB;eHHHX M&KpOCKOUHHeCKHX HapaMeTpOB HBJIH- eios: K03!}$ni;neHT paBHOMepHOCTH, KOTopufi xapaKTepa3yei npocfpaHGTBenHoe paonojioxeHHe Maocu $aKenH TonjiHBa. 3io pacnoJiosceHHe moxho p a c c M a T p H B a n b ipex HanpaBJieHHKx, T.e. pa^HajitHOK, oKpyasoM
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S P A T I A L D E C O M P O S I T I O N O F T H E M A S S O F S P R A Y I N G L I Q U I D
S u m m a r y
P a r a m e t e r s w h i c h d e s c r i b e t h e s p r a y e d f l u x o f l i q u i d c a n b e d i v i d e d i n t o m a c r o - a n d m i c r o s c o p i s . O n e of t h e e s s e n t i a l m a c r o s c o p i c p a r a m e t e r s i s t h e u n i f o r m i t y o f a t o m i z a t i o n , w h i c h c h a r a c t e r i z e s s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f t h e m a s s o f s p r a y i n g l i q u i d . T h i s d i s t r i b u t i o n c a n b e c o n s i d e r e d i n t h r e e d i r e c t i o n s , t h a t i s. r a d i a l , c i r c u m f e r e n t i a l a n d a x i a l . T h i s d i s t r i b u t i o n c a n b e i l l u s t r a t e d b y m e a n s of d i s t r i b u t i o n o f t h e f l u x d e n s i t y o f l i q u i d , w h i c h c a n b e d e t e r m i n e d o n l y b y w a y e x p e r i m e n t .
T h i s p a p e r p r e s e n t s d i s t r i b u t i o n s o f t h e f l u x d e n s i t y o f l i q u i d i n p a r t i c u l a r d i r e c t i o n s . T h e a n a l y s i s o f e x i s t i n g a t o m i z e r s t r u c t u r e s i s s h o w e d o n t h e b a s i s o f t h e r a d i a l d i s t r i b u t i o n o f t h e f l u x d e n s i t y o f l i q u i d . M o r e o v e r t h i s p a p e r I n t r o d u c e s t h e d e s i g n o f a J e t - s w l r l a t o m i z e r w h i c h m a k e s it p o s s i b l e t o o b t a i n t h e o p t i o n a l s h a p e o f t h e r a d i a l d i s t r i b u t i o n o f t h e f l u x d e n s i t y o f l i q u i d a n d t o m i x t w o d i f f e r e n t l i q u i d s .
