Вимірювання дисперсного складу крапель у високошвидкісному газорідинному потоці за пневматичною форсункою з використанням лічильно-імпульсного методу

Abstract

У роботі досліджено дисперсну структуру крапель у високошвидкісному газорідинному потоці, сформованому пневматичною форсункою з багатоканальним спеціальної шнековим завихрювачем. Така форсунка створює полоконусний факел диспергованої рідини з великим кутом розкриття і високою якістю розпилювання. Це є актуальним для використання в топках та тепломасообмінних апаратах з обмеженими розмірами активного простору. Для локальних вимірювань дисперсних параметрів краплинного потоку використано лічильно-імпульсний метод, що базується на реєстрації імпульсів електричного струму, які виникають при замиканні електродів краплями електропровідної рідини. При цьому за допомогою однопараметричної залежності, яка описує дисперсний склад крапель, є можливість розрахувати диференціальні та інтегральні функції розподілення об’єму крапель за діаметрами, модальний, медіанний, умовно максимальний діаметри крапель, а також питому витрату об’ємі рідини в різних точках краплинного потоку. Експериментально показана залежність модального діаметра сукупності крапель диспергованої рідини від швидкості руху повітря на виході з форсунки та співвідношення витрат повітря та рідини. Встановлено, що для відповідної швидкості витікання повітря з форсунки при поступовому зменшення відносної витрати повітря, є її порогове значення, при якому автомодельна зона за крупності розпилювання рідини переходить в зону, де крупність крапель помітно зростає. Результати досліджень дають можливість регулювання процесом диспергування рідини за рахунок швидкості витікання повітря з форсунки, тобто, за перепадом його тиску до і після розпилювача за умов оптимізації експлуатаційних витрат.

This study investigates the droplet size distribution in a highvelocity gas–liquid flow generated by a pneumatic nozzle equipped with a multichannel, specially designed screwtype swirl insert. Such a nozzle produces a hollow-cone spray pattern with a wide spray angle and high atomization quality, which is particularly relevant for use in furnaces and heat-and-mass transfer units with limited active space. Local measurements of the droplet flow parameters were performed using the count-pulse method, which is based on recording electrical current pulses generated when droplets of a conductive liquid bridge the gap between electrodes. Using a single-parameter function describing the droplet size distribution, it is possible to determine the differential and integral volume distribution functions by droplet diameter, the modal, median, and conditionally max-imum droplet diameters, as well as the specific liquid volume flux at various points within the spray. Experimental results demonstrate the dependence of the modal droplet diameter on the air velocity at the nozzle outlet and on the air-to-liquid flow rate ratio. It was established that for a given air exit velocity, a gradual decrease in the relative air flow rate reveals a threshold value at which the self-similar atomization zone transitions into a region where droplet size increases markedly. The findings enable control of the liquid atomization process by adjusting the air ve-locity at the nozzle outlet, i.e., by varying the pressure drop across the nozzle, thereby opti-mizing operating costs. The proposed methodology is suitable for both research and practical applications, and the results can be used in the design and improvement of atomizer configurations to ensure optimal spray regimes, enhance the energy efficiency of heat-and-mass transfer processes in thermal power equipment, and develop automation systems for their operation.