Charakteristiky postřiku - Spray characteristics

Stříkací trysky jsou navrženy tak, aby fungovaly za různých provozních podmínek. Při výběru trysky je třeba vzít v úvahu následující charakteristiky:^[1]

• Stříkací vzor
• Kapacita
• Náraz stříkáním
• Úhel postřiku
• Velikost kapky

Stříkací vzor

Výběr trysky na základě vzoru a další charakteristiky postřiku které jsou obecně požadovány, přinášejí dobré výsledky.^[2] Vzhledem k tomu, že rozprašovací trysky jsou navrženy tak, aby fungovaly za mnoha různých podmínek rozprašování, může více než jedna tryska splňovat požadavky pro danou aplikaci. Povrchy mohou být nastříkány jakýmkoli tvarem vzoru. Výsledky jsou poměrně předvídatelné v závislosti na zadaném typu rozstřiku. Pokud je povrch stacionární, upřednostňovanou tryskou je obvykle nějaký typ trysky s plným kuželem, protože její vzor bude pokrývat větší plochu než ostatní styly. Prostorové aplikace, u nichž cílem není primárně stříkat na povrch, pravděpodobně vyžadují speciální charakteristiky stříkání. Úspěch v těchto aplikacích často zcela závisí na faktorech, jako je velikost kapky a rychlost stříkání. Odpařování, rychlosti ochlazování plynů a pevných látek a účinnost čištění jsou příklady charakteristik procesu, které mohou do značné míry záviset na vlastnostech postřiku.

Plochý ventilátor, masivní kužel a duté kuželové spreje

Každý typ stříkání je popsán níže s typickými aplikacemi pro konečné použití.

Solid Stream

Tento typ trysky poskytuje velký dopad na jednotku plochy a používá se v mnoha čisticích aplikacích, například tryskách na čištění nádrží (pevných nebo rotačních).

Dutý kužel

Tento vzor spreje je kruhový prstenec kapaliny. Vzor je dosažen použitím vstupního otvoru tangenciálního k válcové vířivé komoře, která je na jednom konci otevřená. Výstup kruhového otvoru má průměr menší než vířivá komora. Vířivá kapalina má kruhový tvar; střed prstenu je dutý. Trysky s dutým kuželem jsou nejlepší pro aplikace vyžadující dobrou atomizaci kapalin při nízkých tlacích nebo tam, kde je nutný rychlý přenos tepla. Tyto trysky mají také velké a nerušené průtočné kanály, které poskytují relativně vysokou odolnost proti ucpání. Dutinové kuželové trysky poskytují nejmenší distribuci velikosti kapek. Relativní rozsah velikostí kapek má tendenci být užší než u jiných hydraulických stylů.

Vzor dutého kužele je také dosažitelný spirálovým designem trysky. Tato tryska dopadá na kapalinu na vyčnívající spirále. Tento spirálový tvar rozděluje tekutinu na několik vzorů dutých kuželů. Změnou topologie spirály lze vytvořit vzory dutých kuželů, aby se sbíhaly a vytvořily jediný dutý kužel.

Full Cone

Trysky s plným kuželem poskytují úplné pokrytí postřikem v kulaté, oválné nebo čtvercové oblasti. Obvykle se kapalina víří tryskou a mísí se s netočivou kapalinou, která obešla vnitřní lopatku. Kapalina poté vychází otvorem a vytváří kónický vzor. Úhel postřiku a distribuce kapaliny v kuželovém vzoru závisí na konstrukci lopatky a umístění vzhledem k výstupnímu otvoru. Konstrukce výstupního otvoru a relativní geometrické proporce také ovlivňují úhel a distribuci postřiku. Trysky s plným kuželem zajišťují rovnoměrné rozložení postřiku kapek střední až velké velikosti vyplývající z jejich konstrukce jádra, která se vyznačuje velkými průtokovými kanály. Trysky s plným kuželem jsou stylem, který se v průmyslu nejvíce používá.

Plochý sprej

Jak název napovídá, vzor spreje se jeví jako plochá vrstva kapaliny. Vzor je tvořen eliptickým nebo kulatým otvorem na vychylovací ploše, která je tečná k výstupnímu otvoru. Otvor má vnější drážku s tvarovaným vnitřním válcovým poloměrem nebo tvarem „kočičí oko“. V konstrukci eliptického otvoru tryska vzor z otvoru v souladu s trubkou. V konstrukci deflektoru je vzor postřiku kolmý k trubce. Existují dvě kategorie plochého postřiku, kuželovitého a rovnoměrného, ​​v závislosti na rovnoměrnosti postřiku přes vzor postřiku. Ploché stříkací vzory se zužujícími se hranami jsou vytvářeny přímými eliptickými stříkacími tryskami. Tento vzor postřiku je užitečný pro překrývající se vzory mezi více hlavičkami trysek. Výsledkem je rovnoměrné rozdělení po celém stříkaném povrchu. Nezúžené ploché rozprašovací trysky se používají v čisticích aplikacích, které vyžadují jednotný vzor rozprašování bez jakéhokoli překrytí v oblasti rozprašování.

Vícenásobný postřikový sprej

Vícenásobný postřikový sprej

V automobilových vstřikovačích se běžně používá více oblaků. Vícenásobné oblaky se primárně používají k zajištění optimálního míchání paliva a vzduchu, aby se snížily emise znečišťujících látek za různých provozních podmínek. Automobilové vstřikovače s více oblaky mohou mít kdekoli od 2 do 8 oblaků. Přesné umístění těžiště těchto chocholů, jednotlivých úhlů chocholů a procentuální rozdělení kapaliny mezi chocholy se obvykle získá pomocí optického vzorovač.

Kapacita

Všichni výrobci stříkacích trysek uvádějí tabulkovou kapacitu na základě vody. Protože měrná hmotnost kapaliny ovlivňuje její průtok, je třeba hodnoty upravit pomocí níže uvedené rovnice, kde Qw je kapacita vody a Spg je měrná hmotnost použité kapaliny, což vede k objemovému průtoku použité kapaliny Qf.

${ displaystyle Q_ {f} = {Q_ {w}} / { sqrt {S {p_ {g}}}} }$

Kapacita trysek se mění podle stříkacího tlaku. Obecně platí, že vztah mezi kapacitou a tlakem je následující:

${ displaystyle {Q_ {2}} = {Q_ {1}} { sqrt {P_ {2} / P_ {1}}}}$

kde Q1 je známá kapacita při tlaku P1 a Q2 je kapacita, která má být stanovena při tlaku P2.

Dopad stříkání

Dopad postřiku na cílový povrch je vyjádřen jako síla / plocha, N / m² nebo lb / in². Tato hodnota závisí na rozložení rozstřiku a úhlu rozstřiku. Obecně se trysky s plným proudem nebo trysky s plochým ventilátorem s úzkým úhlem rozprašování používají pro aplikace, kde je vyžadován vysoký náraz, jako je čištění. Když se k čištění používá tryska, náraz nebo tlak se nazývá náraz. Stejně jako u všech postřikovacích obrazců se náraz jednotky zmenšuje s rostoucí vzdáleností od trysky, čímž se zvětšuje velikost oblasti nárazu.

Dopad spreje, ${ displaystyle F_ {l}}$, závisí na objemovém průtoku Q a poklesu tlaku podle níže uvedené rovnice. Typ trysky a vzdálenost mezi tryskou a povrchem ovlivňují konstantu C.

${ displaystyle {F_ {l}} = CQ { sqrt { Delta P}}}$

Úhel stříkání a pokrytí

Úhel rozstřiku se rozbíhá nebo konverguje vzhledem ke svislé ose. Jak je znázorněno na obrázku níže, úhel rozstřiku má sklon se s rostoucí vzdáleností od ústí zmenšovat nebo rozbíhat. Pokrytí stříkáním se liší podle úhlu stříkání. Teoretické pokrytí, C, vzorů postřiku na různých vzdálenostech lze vypočítat pomocí níže uvedené rovnice pro úhly postřiku menší než 180 stupňů. Předpokládá se, že úhel postřiku zůstane po celou vzdálenost postřiku konstantní. Kapaliny viskóznější než voda vytvářejí menší úhly stříkání nebo pevné proudy, v závislosti na kapacitě trysek, tlaku stříkání a viskozitě. Kapaliny s povrchovým napětím nižším než voda vytvářejí širší úhly postřiku než ty, které jsou uvedeny pro vodu. Úhly postřiku se obvykle měří pomocí optických nebo mechanických metod. Mezi optické metody patří stínování, extinkční tomografie a Mie Imaging.^[3] Úhly postřiku jsou důležité v aplikacích nanášení nátěrů, aby se zabránilo postříkání potažených materiálů, ve spalovacích motorech, aby se zabránilo smáčení stěn válců, a v protipožárních tryskách k zajištění adekvátního pokrytí chráněného majetku.

Pokrytí stříkáním

${ displaystyle {C} = 2D tan ( theta / 2)}$

Velikost kapky spreje

Velikost kapky je velikost kapek spreje, které tvoří vzor spreje trysky.^[4] Kapky spreje v daném spreji nemají stejnou velikost. Existuje několik způsobů, jak popsat velikosti kapek ve spreji:

• Sauterův střední průměr (SMD) nebo D32

• Jemnost nástřiku vyjádřená jako povrchová plocha vytvořená nástřikem.
• Průměr kapky se stejným poměrem objemu k povrchu jako celkový objem všech kapek k celkové ploše všech kapek.

• Střední objemový průměr (VMD) DV0,5 a střední hmotnostní průměr (MMD)

• Velikost kapky vyjádřená jako objem nastříkané kapaliny.
• Velikost kapky měřená jako objem (nebo hmota), s 50% celkového objemu kapaliny nastříkané kapky s průměrem větším než střední hodnota a 50% s menším průměrem.

Velikosti kapek jsou uvedeny v mikrometry (um). Jeden mikrometr se rovná 1/25 400 palce.

Distribuce velikosti kapky

Distribuce velikosti a / nebo objemu kapek ve spreji se obvykle vyjadřuje velikostí versus kumulativní objemové procento.

kumulativní graf distribuce velikosti kapky

${ displaystyle {RSF} = { frac {D_ {V0.9} -D_ {V0.1}} {D_ {V0.5}}}}$

Faktor relativního rozpětí

Porovnání distribuce velikosti kapek z alternativních trysek může být matoucí. Faktor relativního rozpětí (RSF) redukuje distribuci na jedno číslo. Parametr označuje jednotnost distribuce velikosti kapky. Čím blíže je toto číslo nule, tím rovnoměrnější bude postřik (tj. Nejužší distribuce, nejmenší rozptyl od maximální velikosti kapky, Dmax, k minimální velikosti kapky, Dmin). RSF poskytuje praktický prostředek pro porovnání různých distribucí velikosti kapek.

Měření velikosti kapky

Spreje se obvykle vyznačují statistickými veličinami získanými z měření velikosti a rychlosti na mnoha jednotlivých kapičkách. Nejčastěji používanými veličinami jsou rozložení hustoty pravděpodobnosti velikosti a rychlosti a také toky, např. Počet, hmotnost, hybnost atd. Prostřednictvím dané roviny některé přístroje odvozují takové statistické veličiny z jednotlivých měření, např. Hustotu čísel z vyhynutí světla, ale velmi málo nástrojů je schopno provádět přímé měření velikosti a rychlosti jednotlivých kapiček ve spreji (Kalantari a Tropea, 2007). Tři nejpoužívanější metody měření velikosti kapek jsou laserová difrakce, optické zobrazování a fázový Doppler. Všechny tyto optické metody nejsou rušivé. Pokud by všechny kapky měly stejnou rychlost, měření velikosti kapek by bylo pro všechny metody stejné. Existuje však významný rozdíl mezi rychlostí větších a menších kapek. Tyto optické metody jsou klasifikovány jako prostorové nebo na bázi toku. Metoda prostorového vzorkování měří poklesy konečného objemu měření. Doba zdržení poklesů objemu měření ovlivňuje výsledky. Metody založené na toku neustále vzorkují přes měřicí průřez.

Laserová difrakce,^[5] metoda prostorového vzorkování se opírá o princip Fraunhoferovy difrakce, která je způsobena interakcí světla s kapkami ve spreji. Úhel rozptylu difrakčního obrazce je nepřímo úměrný velikosti kapky. Tato neintruzivní metoda využívá dlouhý válcový objem optické sondy. Rozptýlené světlo prochází speciálním systémem transformujících se čoček a je shromažďováno na řadě soustředných fotodiodových prstenců. Signál z fotodiod se používá k zpětnému výpočtu distribuce velikosti kapek. Řada čoček umožňuje měření od 1,2 do 1 800 µm.

Metoda optického zobrazování používá pulzní světlo, laser nebo strobo, ke generování stínového grafického obrazu použitého k určení velikosti poklesu objemu měření. Tato metoda prostorového měření má rozsah od 5 µm do 10 000 µm se změnami čočky a optické konfigurace. Software pro analýzu obrázků zpracovává nezpracované obrázky k určení kruhového ekvivalentního průměru kapky. Tato metoda je nejvhodnější pro kvantifikaci kapek s větším průměrem ve sprejích se střední až nízkou hustotou, neprůhledných kapalinách (kaše) a vazech (částečně vytvořených kapkách).

Fázový Doppler,^[6] metoda založená na toku, měří současně velikost a rychlost částic. Tato metoda, známá také jako PDPA, je jedinečná, protože informace o velikosti kapky a rychlosti je ve fázovém úhlu mezi signály detektoru a frekvenčním posunem signálu. Protože tato metoda není citlivá na intenzitu, používá se v hustších sprejích. Rozsah velikostí kapek je 1 až 8000 µm. Jádrem metody jsou zkřížené laserové paprsky, které vytvářejí interferenční obrazce (pravidelný rozložený vzor světlých a tmavých čar) a osvětlují kapky při průchodu malou měřící zónou. Série tří detektorů mimo osu sbírá optický signál, který se používá k určení fázového úhlu a frekvenčního posunu způsobeného poklesy.

Optické zobrazování a fázové dopplerovské metody měří velikost jednotlivých kapek. Je třeba kvantifikovat dostatečný počet kapek (řádově 10 000 kapek), aby se dosáhlo reprezentativního rozdělení a aby se minimalizoval účinek náhodných výkyvů. Často je zapotřebí několik měřicích míst ve spreji, protože velikost kapky se mění v celém průřezu spreje.

Faktory ovlivňující velikost kapky

Typ a kapacita trysky: Plné kuželové trysky mají největší velikost kapky, následované plochými tryskami. Dutinové kuželové trysky produkují nejmenší velikost kapky. Tlak postřiku: Velikost kapek se zvyšuje s nižším postřikovým tlakem a klesá s vyšším tlakem. Průtok: Průtok má přímý vliv na velikost kapky. Zvýšení průtoku zvýší pokles tlaku a zmenší velikost kapky, zatímco snížení průtoku sníží pokles tlaku a zvětší velikost kapky.

Úhel postřiku: Úhel postřiku má na velikost kapky inverzní účinek. Zvětšení úhlu postřiku zmenší velikost kapky, zatímco zmenšení úhlu postřiku zvětší velikost kapky.

Vlastnosti kapaliny: Viskozita a povrchové napětí zvýšit množství energie potřebné k rozprašování spreje. Zvýšení kterékoli z těchto vlastností obvykle zvýší velikost kapky.

V rámci každého typu rozstřikovacího postřiku produkují nejmenší kapacity nejmenší kapky postřiku a největší kapacity produkují největší kapky postřiku. Střední průměr objemu (VMD) je založen na objemu nastříkané kapaliny; proto se jedná o široce přijímané opatření

Hustota povrchové plochy rozprašováním

Hustota povrchové plochy kapek je produktem povrchové plochy kapky postřiku a počtu kapek na jednotku objemu. Hustota povrchové plochy je velmi důležitá v odpařovacích a spalovacích aplikacích, protože místní rychlost odpařování vysoce koreluje s hustotou povrchové plochy. Vyhynutí světla způsobené kapkami ve spreji je také přímo úměrné hustotě povrchu. Dvě nejpoužívanější metody měření hustoty povrchové plochy jsou laserové zobrazování listů a statistická extinkční tomografie.^[7]

Praktické úvahy

Data o velikosti kapky závisí na mnoha proměnných a vždy podléhají interpretaci. Následující pokyny jsou navrženy k usnadnění pochopení a efektivního využití dat o velikosti kapky.

Opakovatelnost a přesnost sběru dat

Průměrný výsledek poklesu velikosti testu je opakovatelný, pokud se data z jednotlivých testů neodchýlí o více než ± 10%; to však může být větší nebo menší v závislosti na několika faktorech. Přesnost vyžaduje primární standard, který není k dispozici pro měření rozprašováním.

Předpětí přístrojů a hlášení

Chcete-li provést platná srovnání dat, zejména z různých zdrojů, je nesmírně důležité znát typ použitého nástroje a rozsahu, techniku ​​vzorkování a procentuální objem pro každou velikostní třídu. Předpětí přístrojů a hlášení přímo ovlivňuje data o velikosti poklesů.

Zvažte aplikaci

Vyberte průměr a průměr zájmu, který je pro danou aplikaci nejvhodnější. Pokud má objekt jednoduše porovnat velikost kapky alternativních trysek, pak stačí hlášení VMD nebo SMD. V případě potřeby by měly být použity další informace, jako jsou RSF, DV90, DV10 a další.

Reference