1.6. Дробление капель

Поведение капли, образовавшейся при распаде струи, зависит от соотношения динамического воздействия и ее «прочности», зависящей от поверхностного натяжения и вязкости.

Дробление капли начинается при определенном (критическом) значении скорости газового потока W_с.кр., определяемом из соотношения

. (1.57)

При больших скоростях газового потока (порядка звуковых) может иметь место аэродинамическое дробление капель, заключающееся в том, что при наличии нестационарных аэродинамических сил, появляющихся, например, при пересечении каплей скачков уплотнения, при образовании нестационарного вихревого следа за каплей и т.п., могут возникнуть вынужденные колебания формы капли с ее распадом при достижении критического значения амплитуды. Кроме того, в потоке имеет место механическое дробление капель при взаимодействии друг с другом и твердыми поверхностями.

Можно выделить две критические скорости несущего потока, определяющие интервал развития неустойчивости капель. При скорости W_кр.1, соответствующей значению Wе_кр.110,7, начинают дробиться отдельные капли, которые распадаются на две почти равные части, причем образуются также несколько мелких капелек. При скорости W_кр.2, соответствующей Wе_кр.214, дробятся все капли данного диаметра d_о, причем капли распадаются на большое количество капелек, диаметры которых не одинаковы, но значительно меньше d_о. Средний диаметр образующихся капель, кроме перечисленных теплофизических параметров и критериев, зависит также от конструкции устройства (форсунки) с помощью которой производится распыл жидкости (жидкое топливо).

Расчетные формулы для определения среднего диаметра образующихся капель имеют вид:

при

, (1.58)

при

. (1.59)

Величина А_о зависит от конструкции форсунки и меняется в пределах от 0,61 до 0,9. Для определения среднего диаметра частиц (мкм), образующихся при диспергировании жидкой струи высокоскоростным потоком воздуха, часто исполняют эмпирическую формулу

, (1.60)

где V_g, V_c – расходы жидкости и газа (дисперсной и сплошной соответственно), м³/с.

Многообразие и сложность механизмов диспергирования струи и капель приводят к вероятностному характеру распределения капель по размерам можно принять формулу:

, (1.61)

где Г – гамма–функция; m – параметр, характеризующий распределение капель и зависящий от способа дробления (для различных пневматических форсунок 2,3m2,8).

Т.о., при распылении жидкости образуется совокупность капель (частиц), дисперсность которых меняется в достаточно широких пределах в зависимости от теплофизических свойств, расходов и скоростей сред, а также от конструкции диспергированного устройства.

2. Основные законы переносов тепло- и массообмена на границе раздела фаз