4.7. Определение зоны дробления и критического диаметра капли

На основании расчетов первого этапа решения задачи определяем длину зоны дробления капель воды в потоке парогаза равной 300 мм. Длина зоны дробления определялась по стабилизации скорости, давления и интенсивности турбулентности.

Дробление капель в турбулентном потоке жидкости происходит в том случае, когда интенсивность турбулентных пульсаций скорости диспергирующей жидкости превосходит некоторую критическую величину, разную для различных размеров капель. Другими словами, для турбулентного поля заданной интенсивности диспергирующей жидкости существует определенный размер жидких капель диспергируемой жидкости, такой, что капли с радиусом больше некоторой определенной величины (капли больше критического радиуса) могут быть раздроблены. Для критического радиуса известна следующая формула

,

где - коэффициент поверхностного натяжения диспергируемой жидкости;

- числовой коэффициент;

- плотность жидкости капли;

- макромасштаб турбулентности;

- разноси пульсационных скоростей среды на расстоянии диаметра капли.

кг/м³

Н/м

м/с – средняя по длине скорость рассматриваемого участка

м²/с²

м²/с³

м/с

м, мкм

Расчет испарения капель воды в потоке пара и определение максимальной длины зоны испарения.

Т.к. процессы дробления и испарения капель происходят одновременно, считаем, что подогрев капли до температуры кипения происходит в зоне дробления, а в зоне испарения собственно испарение капель с критическим диаметром.

Расход воды кг/с.

Средняя температура воды на входе - К, °С.

Температура кипения при давлении парогаза атм составляет К, °С .

Средняя температура водяных капель в зоне дробления

°С.

Удельная изобарная теплоемкость воды Дж/кг·К.

Тепловая мощность необходимая для подогрева капель до температуры кипения

,

,

кВт.

Снижение температуры парогаза в конце зоны дробления

Дж/кг·К

кг/с

оС, К,

где - коэффициент учитывающий тепловые потери в окружающую среду.

Согласно продолжительность испарения капли, в процессе конвективного нагрева в несущем газовом потоке, пропорциональна квадрату ее радиуса.

.

Здесь - радиус капли, м;

кг/м³ – плотность капли;

Дж/кг – скрытая теплота парообразования;

Вт/(м·К) коэффициент теплопроводности газовой среды.

с.

Путь пройденный каплей в процессе испарения

м.

Тепловой поток необходимый для испарения всех капель

,

,

кВт.

Температура парогаза на выходе из зоны испарения

,

,

^оС, К.

Ниже представлена зависимость пути, который проходит капля, от ее диметра.

Рис. 60. Зависимость длины пути капли при испарении от ее диаметра

Заключение

В данном учебном пособии рассматриваются перспективные схемы энергоустановок с использованием водорода и кислорода в качестве компонентов топлива для водородно-кислородных парогенераторов, методы их тепловой защиты, вопросы гидродинамики и теплообмена при дроблении-испарении водяных капель в водородном парогенераторе. Оно будет полезно студентам, обучающимся по специальности "Проектирование авиационных и ракетных двигателей" и профилю "Промышленная теплоэнергетика" направления "Теплоэнергетика и теплотехника". Также пособие может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании.