×
07.06.2019
219.017.756c

Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей и растворов и может быть использовано в двигателестроении, химической и лакокрасочной промышленности. Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом включает распыливание жидкости в газообразной среде центробежной форсункой, содержащей камеру закручивания, входные тангенциальные каналы и выходное сопло. В процессе распыливания жидкости изменяют суммарную площадь входных тангенциальных каналов путем дискретного перекрытия части каналов, а максимальный диаметр капель D, дифференциальную g(D) и интегральную G(D) функции массового распределения капель по размерам в потоке определяют в соответствии с соотношениями где δ - толщина пленки жидкости в выходном сечении сопла, м; Oh - число Онезорге; Re - число Рейнольдса; D - диаметр капель жидкости, м. Значения толщины пленки жидкости, чисел Re и Oh определяют расчетом по формулам теории центробежной форсунки Г.Н. Абрамовича для заданных значений расхода жидкости и геометрической характеристики форсунки. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности регулирования дисперсности капель жидкости в факеле распыла форсунки в процессе ее работы. 4 ил., 1 табл., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей и растворов и может применяться в двигателестроении, химической и лакокрасочной промышленности.

Известен способ диспергирования жидкости путем тангенциальной подачи компонентов и последующего распада образующейся вращающейся пленки на капли под действием центробежных сил [1].

Известна центробежная форсунка, камера закручивания в которой выполнена в виде стакана с рядом тангенциальных отверстий на боковой поверхности. Ширина конуса распыла увеличена за счет выполнения сопла в виде двух усеченных конусов, сопрягающихся вершинами [2].

Известна форсунка содержащая корпус, внутреннюю и наружную втулки, образующие с корпусом коаксиальные каналы для создания параллельных потоков жидкости в среднем канале и потоков распылителя во внутреннем и наружном каналах, подключенных к сопловому аппарату, средний кольцевой канал на выходе из форсунки выполнен в виде сопла, имеющего большой ряд равномерно размещенных по окружности отверстий малого размера, расположенных под углом 45° к оси форсунки и имеющих угол наклона 30° в радиальном направлении, обеспечивающих создание струйного вихревого потока топлива в сносящие и облегающие вихревые потоки окислителя, закрученные в противоположном направлении, создаваемые закручивателями потоков: внутренний - через тангенциальный, наружный - через винтовой. [3].

Известен способ изменения угла конусности распыленной струи путем регулирования ширины канала, служащего для тангенциального подвода топлива [4]. Жидкое топливо поступает в камеру завихрения по подводящему каналу, который частично или полностью перекрывается поршнем, приводимым в поступательное движение маховиком. Угол конусности распыла в форсунке может меняться от 3 до 100°.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ распыливания жидкости центробежными форсунками [5].

Недостатком данного способа является невозможность изменения дисперсности распыла в процессе работы форсунки.

Техническим результатом настоящего изобретения является возможность регулирования дисперсности капель жидкости в факеле распыла форсунки в процессе ее работы.

Технический результат изобретения достигается тем, что разработан способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом, включающий распыливание жидкости в газообразной среде центробежной форсункой, содержащей камеру закручивания, входные тангенциальные каналы и выходное сопло. В процессе распыливания жидкости изменяют суммарную площадь входных тангенциальных каналов путем дискретного перекрытия части каналов. Максимальный диаметр капель, дифференциальную и интегральную функции массового распределения капель по размерам в потоке определяют в соответствии с соотношениями

где Dmax - максимальный диаметр капель, соответствующий ординате 0.95 функции G(D), м;

g(D) - дифференциальная функция массового распределения капель по размерам, м-1;

G(D) - интегральная функция массового распределения капель по размерам;

δ - толщина пленки жидкости в выходном сечении сопла, м;

Oh=Re2/We - число Онезорге;

- число Рейнольдса;

- число Вебера;

D - диаметр капель, м;

ρg - плотность газообразной среды, кг/м3;

u1 - скорость жидкости в выходном сечении сопла форсунки, м/с;

μg - коэффициент динамической вязкости газообразной среды, Па⋅с;

σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м.

Скорость и толщину пленки жидкости в выходном сечении сопла определяют расчетом по формулам теории центробежной форсунки Г.Н. Абрамовича для заданных значений расхода жидкости и геометрической характеристики форсунки

где А - геометрическая характеристика форсунки;

R - радиус камеры закручивания, м;

rc - радиус выходного сопла, м;

n - количество не перекрытых входных тангенциальных каналов;

rвх - радиус входного тангенциального канала, м.

Сущность изобретения поясняется схемой форсунки (Фиг. 1), на которой реализован способ регулирования размеров капель в факеле распыла. Форсунка имеет цилиндрическую камеру закручивания 1, выходное сопло 2 и ряд симметрично расположенных по окружности камеры закручивания тангенциальных каналов 3. В стенке камеры закручивания 1 выполнена внутренняя кольцевая полость 4, в которой вдоль оси камеры закручивания 1 перемещается стакан 5. Толщина стенок стакана 5 равна диаметру тангенциальных каналов 3. Внутренняя кольцевая полость 4 при помощи штуцера 7 связана с системой подачи распыливаемой жидкости. Кольцевой уплотнитель 8 служит для герметизации внутренней полости 4. Дно стакана жестко соединено штоком 6 с механизмом осевого перемещения (на Фиг. 1 не показан), а передняя кромка имеет k симметрично расположенных выступов 9 в виде прямоугольных треугольников (Фиг. 2), на наклонной стороне которых выполнено m последовательных прямоугольных уступов 10. Высота уступов 10 равна диаметру тангенциальных каналов, а ширина равна расстоянию между центрами каналов. Количество уступов 10 на выступе 9 связано с количеством тангенциальных каналов n соотношением:

Реализацию способа осуществляют следующим образом.

Распыливаемая жидкость по штуцеру 7 поступает во внутреннюю полость 4 и через тангенциальные каналы 3 в камеру закручивания и выходное сопло 2. При осевом перемещении стакана 5 под действием штока 6, уступы 10 на выступах 9 частично перекрывают тангенциальные каналы 3. При этом изменяется геометрическая характеристика форсунки А и толщина пленки жидкости в выходном сечении сопла 5 и, следовательно, дисперсность капель в факеле распыла.

Достижение положительного эффекта изобретения обеспечивается следующими факторами.

1. Дискретное перекрытие части входных тангенциальных каналов n для ввода жидкости в камеру закручивания изменяет геометрическую характеристику форсунки А (4), которая связана с коэффициентом живого сечения форсунки ϕж [6] соотношением

где

Толщина пленки жидкости на выходе из сопла форсунки связана с коэффициентом живого сечения форсунки ϕж соотношением:

График зависимости отношения δ/rc от геометрической характеристики форсунки А, определяемый из уравнений (6-8), приведен на Фиг. 3.

Известно [1-5], что при распыливании жидкости центробежной форсункой размер образующихся капель коррелирует с толщиной пленки жидкости: с увеличением толщины пленки δ размер капель увеличивается.

2. Формула (1) для расчета Dmax, соответствующим ординате 0.95 интегральной функции распределения G(D) (Фиг. 4), получена аппроксимацией результатов многочисленных экспериментальных исследований дисперсности капель в факеле распыла и в двухфазных потоках [1-5,8].

3. Результаты экспериментов [1-5,8] показали, что функция g(D) соответствует распределению Розина - Раммлера. Связь параметров дифференциального и интегрального распределения с Dmax определяется уравнениями (2,3) [9].

Пример реализации

В качестве примера реализации заявляемого способа получения потока капель с регулируемым дисперсным составом, рассмотрим центробежную форсунку (Фиг. 1) со следующими характеристиками: радиус камеры закручивания R=20 мм, радиус выходного сечения сопла rc=2 мм, радиус тангенциальных каналов rвх=0.5 мм, количество каналов n=12. Распыливаемой жидкостью служит вода, подаваемая при перепаде давления на форсунке Δр=6 МПа. Характеристики воды при температуры T=20°C: плотность , коэффициент поверхностного натяжения σ=72.3 мН/м. Рассмотрим работу форсунки в воздушной среде при температуре T=20°C: плотность воздуха ρg=1.205 кг/м3, коэффициент динамической вязкости μg=18.1⋅10-6 Па⋅с.

Выберем стакан с четырьмя выступами (k=4), имеющих m=3 уступов, причем в основании выступов сделаем только 2 симметричных уступа. Таким образом, количество рабочих тангенциальных каналов будет изменяться в последовательности: 12-8-4-2. Высота уступов равна 2rвх=1 мм, а ширина равна 2πR/n=10.5 мм. Толщина стенок стакана равна диаметру тангенциальных каналов.

Проведем расчет значения максимального диаметра капель для каждого режима работы форсунки. По формуле (4) рассчитывают геометрическую характеристику форсунки А. Решая уравнение (6), определяем коэффициент живого сечения ϕж. По формуле (8) вычисляем толщину пленки жидкости на выходе сопла 8.

По формулам теории центробежной форсунки [6] определяют коэффициент расхода сопла:

массовый расход жидкости через сопло

и скорость жидкости на выходе сопла

По известным параметрам жидкости в выходном сечении сопла рассчитываются критерии подобия Re, We, Oh и по формуле (1) определяется значение максимального диаметра капель в факеле распыла Dmax. Соотношения (2) и (3) определяют дифференциальную g(D) и интегральную G(D) функции массового распределения капель по размерам в факеле распыла форсунки для каждого значения максимального диаметра капель Dmax.

Результаты расчета для выбранной геометрии форсунки приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что при изменении количества рабочих тангенциальных каналов ввода жидкости в камеру закручивания с n=12 до n=2 максимальный диаметр капель в факеле распыла уменьшается в 1.9 раза. Нормированная дифференциальная (g(D)/gmax(D)) и интегральная G(D) функции массового распределения капель по размерам, рассчитанные по соотношениям (2) и (3) для режима n=12 (Dmax=680 мкм) и n=2 (Dmax=354 мкм), приведены на Фиг. 4.

Приведенный пример доказывает, что, при реализации предлагаемого способа получения потока капель с регулируемым дисперсным составом, достигается положительный эффект, заключающийся в том, что перекрытие части входных тангенциальных каналов в процессе работы центробежной форсунки позволяет изменять максимальный диаметр капель в факеле распыла. При этом изменяется дисперсный состав капель, который определяется функциями распределения g(D) и G(D).

ЛИТЕРАТУРА

1. Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.И. Распыливание жидкости форсунками. - М. - Л.: ГЭИ, 1962. - 264 с.

2. Патент РФ №2648068 С2 МПК В05В 1/34. Центробежная широкофакельная форсунка/ Стареева М.М.; опубл. 22.03.2018 г.

3. Патент РФ №2172893 С1 МПК F23D 11/12, F23C 11/00, В05В 1/34. Форсунка/ Бедковский Л.В., Жуков В.Г., Левин Е.И., Попсуй В.М.; опубл. 27.08.2001 г.

4. Замазий И.О., Сыркин С.Н. Регулируемая форсунка для распыливания жидкостей // Котлотурбостроение, 1936, №9.

5. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкостей. - М.: Химия, 1979. - 216 с.

6. Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А. и др. Основы теории и расчет жидкостных ракетных двигателей. - М.: Высш. школа, 1983. - 703 с.

7. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В. и др. Физические осневы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1964. - 526 с.

8. Архипов В.А., Золотарев Н.Н., Басалаев С.А., Бондарчук С.С. Дисперсность капель в факеле распыла форсунок // Оптика атмосферы и океана, 2018. Т. 31, №6. - С 489-491.

9. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. - Л.: Химия, 1971. - 280 с.


Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 29 items.
10.12.2015
№216.013.95c4

Гибридный ракетный двигатель

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к конструкциям гибридных ракетных двигателей космического назначения. Гибридный ракетный двигатель содержит камеру сгорания с размещенным в ней зарядом твердого топлива с внутренним сквозным каналом и сопловой блок. Во входном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569960
Дата охранного документа: 10.12.2015
25.08.2017
№217.015.d02c

Способ получения упрочненного нанокомпозиционного материала на основе магния

Изобретение относится к получению упрочненного нанокомпозиционного материала, который может быть использован в авиастроении и в автомобильной промышленности. Готовят лигатуру в виде компактированных стержней из равномерно перемешанной смеси порошка магния и нанопорошка нитрида алюминия с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621198
Дата охранного документа: 01.06.2017
29.12.2017
№217.015.f017

Средство, обладающее гастропротекторной активностью

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к средству, обладающему гастропротекторным действием. Гастропротекторное средство, содержащее комплекс 4-х флавоноидов, выделенный из надземной части растения Lychnis chalcedonica L. Комплекс флавоноидов получен 5-кратной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629090
Дата охранного документа: 24.08.2017
29.12.2017
№217.015.fd04

Стенд для исследования деформации капель аэродинамическими силами

Изобретение относится к исследованию деформации капель аэродинамическими силами и может быть использовано в лабораторных установках для исследования физических и химических процессов. Стенд для исследования деформации капель аэродинамическими силами включает вертикально расположенную капельницу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638376
Дата охранного документа: 13.12.2017
19.01.2018
№218.015.ffc3

Средство, обладающее противовоспалительным и анальгетическим действием

Изобретение относится к средству, обладающему противовоспалительным и анальгезирующим действием. Средство представляет собой комплекс флавоноидов, выделенный из надземной части растения Lychnis chalcedonica L. 5-кратной экстракцией 70% этанолом в соотношении сырье:экстрагент 1:22,5, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629607
Дата охранного документа: 30.08.2017
19.01.2018
№218.016.099d

Способ получения дисперсно-упрочненного нанокомпозитного материала на основе алюминия

Изобретение относится к получению дисперсно-упрочненного нанокомпозитного материала на основе алюминия. Способ включает введение лигатуры в расплав матрицы на основе алюминия при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля. Лигатуру готовят в виде компактированных стержней из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631996
Дата охранного документа: 29.09.2017
19.01.2018
№218.016.09ae

Способ получения упрочненных алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению легких сплавов на основе алюминия с повышенной прочностью. Способ заключается во введении в расплав алюминия лигатуры, содержащей модифицирующую добавку, при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля, причем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631995
Дата охранного документа: 29.09.2017
10.05.2018
№218.016.3b60

Способ повышения дальности полета активно-реактивного снаряда

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к ракетным двигателям активно-реактивных снарядов, запускаемых из ствола артиллерийского орудия, и заключается в способе повышения дальности полета активно-реактивного снаряда. На траектории полета снаряда зажигают заряд твердого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647256
Дата охранного документа: 15.03.2018
10.05.2018
№218.016.49d4

Устройство для распыления порошков

Изобретение относится к технике распыления порошков в воздушной и газовой. Устройство для распыления порошков включает цилиндрический корпус, содержащий порошок, газогенератор с зарядом твердого топлива, систему аэрации порошка и сопло для истечения газопорошковой смеси. Газогенератор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651433
Дата охранного документа: 19.04.2018
29.05.2018
№218.016.54ee

Способ взрывного компактирования порошковых материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам взрывного прессования осесимметричных изделий из порошков. Порошковый материал помещают в осесимметричный контейнер с заглушками на его концах, на боковую поверхность контейнера наматывают детонирующий шнур. Контейнер...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654225
Дата охранного документа: 17.05.2018
Showing 1-10 of 71 items.
10.02.2013
№216.012.2369

Способ получения смесевого твердого топлива с металлическим горючим

Изобретение относится к области разработки смесевых металлизированных твердых топлив. Изобретение заключается в добавлении к смеси окислителя, органического горючего-связующего и технологических добавок в качестве металлического горючего бидисперсной смеси порошка алюминия микронных размеров и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474567
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.07.2013
№216.012.5a33

Способ организации рабочего процесса в космической двигательной установке на газообразном топливе

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к организации процесса подготовки и сжигания газообразного топлива в камере сгорания. Предварительно газифицированные компоненты топлива, газообразный гелий из системы вытеснения и порошок алюминия подаются в форкамеру для смешения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488712
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.09.2013
№216.012.7047

Способ определения единичного импульса твердого топлива

Изобретение относится к измерению характеристик твердых топлив для ракетных двигателей. Способ включает измерение реактивной силы продуктов газификации при сжигании образца твердого топлива, бронированного по боковой поверхности, причем измеряют реактивную силу и время полного сгорания образца...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494394
Дата охранного документа: 27.09.2013
10.10.2013
№216.012.7432

Способ определения дисперсного состава капель в факеле распыла форсунки

Изобретение относится к методам исследования жидкокапельных аэрозолей и предназначено для определения дисперсных характеристик распыла форсунок в широком диапазоне размеров частиц, в том числе нанометровом. Способ основан на распылении раствора неиспаряемой примеси в исследуемой жидкости с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495403
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a96

Источник направленного инфракрасного излучения

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при разработке инфракрасных нагревателей направленного действия с высокими технико-экономическими свойствами для промышленных и бытовых нужд. Источник направленного инфракрасного излучения включает излучатель,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497044
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.06.2014
№216.012.d826

Способ определения максимального размера и концентрации субмикронных аэрозольных частиц

Изобретение относится к области измерения характеристик аэрозольных частиц оптическими методами. Способ заключается в измерении ослабления оптического излучения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Максимальный размер и концентрацию аэрозольных частиц определяют по формулам
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521112
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.07.2014
№216.012.debb

Способ определения смачиваемости мелкодисперсных порошков

Изобретение относится к области исследования характеристик порошковых материалов, в частности их смачиваемости. Целью изобретения является разработка более точного способа определения смачиваемости порошков. Сущность изобретения заключается в том, что в кювете с прозрачными плоско-параллельными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522805
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.01.2015
№216.013.1f87

Устройство для распыления расплавленных металлов

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Устройство для распыления расплавленных металлов содержит корпус с крышкой и кольцевой полостью, соединенной с газопроводом для подачи нагретого сжатого газа, ниппель с центральным каналом для подачи расплава металла и дополнительный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539512
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.02.2015
№216.013.295b

Способ получения упрочненных сплавов на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению легких сплавов с повышенной прочностью на основе алюминия, и может быть использовано в ракетно-космической, авиационной, автомобильной промышленностях. Способ включает получение лигатуры из смеси порошков алюминия и диборида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542044
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.06.2015
№216.013.58bc

Форсунка для распыления расплавленных металлов

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению порошка распылением расплава металла. Форсунка содержит корпус с кольцевой щелью для подачи газа, ниппель с центральным каналом для подачи расплава и защитный стальной чехол, ниппель изготовлен из пьезоэлектрического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554257
Дата охранного документа: 27.06.2015
+ добавить свой РИД