2.7.1. Расчет девиации падающей капли от вертикальной траектории
Падение капли аммиачной воды в радиантной камере сопровождается сдуванием потоком дымовых газов, в результате чего траектория падения искривляется. Для реализации оптимального режима испарения воды с пода печи необходимо установить отбортованные плоские испарители ("столы"), с которых будет происходить испарение. Задачей данного расчета является определение возможности использования столов с заранее выбранной конструкцией, т.е. нахождение максимальной величины девиации капли от вертикальной траектории падения.
Наибольшее отклонение происходит при направлении потока газов, перпендикулярном вертикальной траектории падения капли.
Для расчетов примем следующий объем капли: vкапли = 0,04 мл = 4 ∙ 10-8 м3.
Считаем, что капля имеет форму шара. Объем шара определяется по формуле:
r
и d
– радиус и диаметр шара соответственно.
Из формулы (2.83) находим диаметр капли:
Плотность 2%-го раствора аммиака в воде при 20°С [12]:
Масса капли раствора:
(2.89)
Средняя температура камеры радиации (найдена по результатам математической обработки температурного поля): tср = 984°С (1257 К).
Плотность дымовых газов при температуре tср:
Высота в плоскости падения капли аммиачной воды (по чертежу): h = 4,2 м.
Длина камеры радиации (равна эффективной длине труб): l = 11,6 м.
Живое сечение камеры радиации в плоскости падения капли:
Cмоченный периметр в плоскости падения капли:
Эквивалентный диаметр камеры радиации в плоскости падения капли:
Вязкость дымовых газов рассчитаем по свойству аддитивности, так как их динамические коэффициенты вязкости отличаются незначительно:
где
– динамическая вязкость i-того
компонента
дымовых газов
при tср
[13];
–
мольная доля i-того
компонента дымовых газов.
Расчет вязкости дымовых газов приведен в табл.2.3. В расчете используются следующие свойства газов: mi – масса i-того компонента дымовых газов, образующаяся при сгорании 1 кг топлива (определены в расчете процесса горения); – молекулярная масса i-того компонента, кг/кмоль; νi – количество вещества i-того компонента, образующееся при сгорании 1 кг топлива, кмоль/кг.
Таблица 2.3
Расчет вязкости дымовых газов
-
Компонент
mi, кг/кг
, кг/кмоль
νi, кмоль/кг
,
Па ∙ с
,Па ∙ с
CO2
2,637
44
0,060
0,062
6,4
0,396
H2O
2,364
18
0,131
0,136
3,8
0,516
SO2
0,0004
64
0,000006
0,000006
4,5
0,00003
O2
2,011
32
0,063
0,065
6,2
0,403
N2
19,986
28
0,714
0,737
5,3
3,909
Сумма
26,998
0,968
1,000
5,223
Линейная скорость дымовых газов в плоскости падения:
масса дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кг/кг;
B – расход топливного газа, кг/ч;
Критерий Рейнольдса [13]:
Сила сопротивления, возникающая при обмывании капли потоком дымовых газов, определяется по формуле Ньютона [14]:
коэффициент сопротивления, зависящий
от критерия Рейнольдса:
при Re < 2
при 2 < Re < 500
при 500 < Re < 200000
при 200000 < Re < 2000000
В данном случае 500 < Re < 200000, поэтому коэффициент сопротивления равен 0,44.
Сила сопротивления по формуле (7.11):
В результате действия силы сопротивления дымовых газов капля получает ускорение и начинает двигаться в горизонтальной плоскости. Ускорение, сообщаемое капле, можно найти по второму закону Ньютона:
Время падения капли можно определить по известной формуле:
где g – ускорение свободного падения.
Тогда девиация капли от вертикальной траектории составит:
Следовательно, падающая капля аммиачной воды может отклониться от вертикальной траектории примерно на 2 см, что значительно меньше размеров выбранного испарительного устройства (60×60 см), значит, его можно использовать как испаритель аммиачной воды.