Расходная характеристика и коэффициент расхода

В общем случае, чтобы получить расчетную формулу для расхода жидкости через форсунку, следует проинтегрировать уравнение не­разрывности для двумерного (для струйной форсунки) или трехмерно­го (для центробежной форсунки) течения. Этот путь заключает в себе определенные математические трудности и не гарантирует точ­ного решения, поскольку в исходных уравнениях невозможно досто­верно учесть все особенности реального потока.

Поэтому обычно пользуются интегралом уравнения, описывающе­го одномерное движение:

,

где - массовый теоретический расход идеальной жидкости через форсунку;

- плотность жидкости;

- теоретическая скорость истечения (скорость жидкости на выходе из форсунки);

- площадь струи жидкости в сечении среза сопла форсунки.

При вычислении по этой формуле считается, что струя жидкости полностью заполняет сопло, т.е. ,векторы скорости в любой точке этой площади равны, а абсолютная величина скорости может быть рассчитана по формуле Торичелли:

.

Для учета всех отклонений реального течения от этой идеаль­ной картины действительный расход рассчитывают как произведение

,

где -коэффициент расхода.

Основные отклонения, которые учитывает , следующие:

1. Струя может заполнять не все сечение сопла, т.е. , как это происходит при работе центробежной форсунки и струйной на отрывном режиме;

2. Распределение действительного вектора скорости отличается от описанного выше идеального одномерного течения, например, в центробежной форсунке вектор скорости не совпадает с . В струйных фор­сунках есть совпадение по направлению, однако нет равенства аб­солютной величины во всех точках сечения струи.

Таким образом, чтобы рассчитать действительную расходную характеристику форсунки необходимо знать величину .

Для струйных форсунок эта величина зависит от режима истече­ния, величины перепада давления, от относительной длины , формы входной кромки. Например, для форсунок с острой входной кромкой коэффициент может принимать значения на безотрывном режиме течения 0,75-0,82, на отрывном 0,58-0,63.

Теоретически учесть все эти зависимости не представляется возможным, поэтому для струйных форсунок надежными пока являются лишь экспериментальные данные, которые необходимо получать для каждой вновь проектируемой форсунки.

Несмотря на более сложный характер движения жидкости в цен­тробежной форсунке существует теория этого движения, впервые разработанная Г.Н.Абрамовича и развитая впоследствии многими исследователями. Основные результаты этих работ таковы:

1. У центробежных форсунок есть сочетание их основных разме­ров, названное Г.Н.Абрамовича геометрической характеристикой, которое является критерием подобия потоков в этих форсунках. Эта величина вычисляется как . Здесь - число входных каналов, - площадь сечения одного из этих каналов, -угол между направлением входного канала и осью форсунки.

2. От величины А однозначно зависит величина закрутки потока в форсунке. Чем больше А, тем больше закрутка и наоборот. При это означает перераспределение энергии потока между вращательным движением и поступательным, создающим расход .

3. Величина А однозначно определяет и центробежной форсунки при течении через нее идеальной несжимаемой жидкости (см. рис.5).

Теория Г.Н.Абрамовича, как показала опытная проверка, пра­вильно описывает основные особенности движения жидкости в центро­бежной форсунке. Однако она не учитывает влияние вязкости жидкости и ряда конструктивных факторов, которые не нашли своего отражения в выражении для A. Если учет вязкости с достаточной для практики точностью можно производить по теории, разработанной Л.А.Клячко, то оценка влияния конструктивных факторов на величины и основывается на экспериментальных данных, получаемых при доводке спроектированной форсунки или при исследовании аналогичных форсу­нок.

Рисунок 5. Зависимость коэффициента расхода и угла факела центробежной форсунки

от геометрической характеристики.

Поэтому на практике обычно проектирование форсунок ведется с использованием зависимостей на рис.5, либо по уточненным зави­симостям Л.А.Клячко, а затем окончательная доводка и уточнение величин и производится экспериментальным путем.

Описание экспериментальной установки и порядок проведения испытаний.

Проливка форсунок с целью получения их расходных характеристик , коэффициента расхода и величины производит­ся на установке, принципиальная схема которой приведена на рис.6.

Объект испытания - форсунка 1 устанавливается в зажим 2. За­тем к форсунке подается рабочее тело с помощью вытеснительной системы подачи из емкости 3. Емкость предварительно наддувается воздухом из сети через вентиль 4. Давление в сети, которое должно быть не менее задаваемого которое контролируется по манометру 5. Давление до форсунки устанавливает­ся вентилем 6 и контролируется по манометру 7.

После того как режим работы форсунки установлен производят замеры объемного расхода. Расход измеряется мензуркой 15 как сумма жидкости, прошедшей через форсунку за 15 или 30 секунд. Для этого на пульте управления установкой включается кнопка "замер", кото­рый перебрасывает воронку 8 в положение слива в измерительный ка­нал и включает реле времени. Через заданный промежуток времени реле подает команду на электромагнит и воронка 8 возвращается в исходное положение в бачок-накопитель 9.

Параллельно с замером расхода теневым методом измеряется величина .Для этого включается лампа подсветки 10 и на экране 11 отмечаются границы факела распыла и производится измерение угла его конусности.

Рисунок 6. Схема экспериментальной установки.

При опорожнении бака 3 из него через вентиль 12 при закрытом вентиле 4 стравливается сжатый воздух. Насосом 13 рабочее тело через вентиль 14 перекачивается из бака 9 в рабочую емкость 3.

Затем вентили 12 и 14 закрываются, емкость 3 вновь наддувается и установка готова к продолжению работы.

При испытании малорасходных форсунок для сокращения смачиваемой поверхности (что повышает оперативность и точность измерения расхода) на форсунку надевают гибкую трубку, которая практически выполняет роль воронки 8. В этом случае положение трубки относи­тельно мензурки 15 изменяется вручную.

Для вычисления массового расхода кроме знания объема жидкости и времени его накопление необходима величина плотности . Ее определяют с помощью денсиметра.

Равномерность плотности орошения в факеле распыла форсунки на заданном расстоянии от ее сопла измеряется с помощью отборника, который представляет собой линейку из плотно упакованных с шагом ;тонкостенных трубок. Каждая ячейка отборника гибкой трубкой соединяется с соот­ветствующим ей жестким наконечником, смонтированным с остальными наконечниками на планке. В рабочем положении каждый наконечник располагается над соответствующей ему пробиркой-накопителем.

Пробирки собраны в кассету. Ее перемещение в направлении перпендикулярном плоскости, задает рабочее или нерабочее положение отборника. Количество жидкости в каждой пробирке определяется взвешиванием. Зная промежуток времени, в течение которого планка находилась в рабочем положении, можно вычислить массовый ход через участок .

В экспериментах, где проводится общая оценка картины распределения плотности орошения различными форсунками, допускается вместо расхода использовать высоту заполнения пробирок .