Материал: 2418

размеров. Он позволяет оценить общую поверхность распыленного топлива. Качество распыливания по среднему диаметру Заутера характеризует диаметр капель однородного тумана, который для данного объема жидкости образовал бы ту же поверхность испарения, что и действительный туман. Уменьшение средних диаметров капель указывает на улучшение мелкости распыливания топлива.

Анализ работ по физическим процессам, вызывающим распад струи жидкости на капли, показал, что тонкость распыливания увеличивается: при уменьшении вязкости и коэффициента поверхностного натяжения, при увеличении перепада давления в сопловом отверстии, при увеличении давления среды, при уменьшении диаметра сопла.

Струя жидкости разделяется на капли в основном под воздействием капиллярного натяжения, колебательных явлений и

10.3.Порядок расчета мелкости распыленного топлива

1.Определяем числа Вебера и Рейнольдса. Безразмерное число Вебера устанавливает связь между тремя параметрами, влияющими на мелкость распыливания жидкости, и может быть найдено из выражения [4, 6]:

где P – перепад давления (Н/м2) в сопловом отверстии и среды, куда производится впрыск; dc – диаметр соплового отверстия, м; – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м.

У жидкостей величина (Н/м) имеет следующие значения: вода

–0,0728; нефть – 0,026; дизельное топливо – 0,029; бензин – 0,022.

Число Рейнольдса, или режим движения, зависит от средней

скорости движения жидкости (м/с), диаметра соплового отверстия dc (м), кинематической вязкости жидкости ν (м2/с) и определяется выражением

3. Определяем безразмерный критерий Лапласа, связывающий четыре параметра, влияющие на мелкость распыливания жидкости

где ж – плотность жидкости, кг/м3; dc – диаметр соплового отверстия, м; – коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; Т

– коэффициент динамической вязкости топлива, Н·с/м2 (Па·с). Значительное влияние на распыливание топлива оказывает

величина скорости, с которой жидкость вытекает из соплового отверстия. Обычно результаты экспериментов приводят к критериальной форме.

Как показали многочисленные эксперименты, величина скорости вытекающего топлива Т, при которой начинается распад непосредственно у соплового отверстия, зависит от ряда факторов:

(10.7)

где T , в – соответственно плотность топлива и воздуха; T ; в – коэффициенты динамической вязкости топлива и воздуха; – поверхностное натяжение топлива; dc – диаметр соплового отверстия.

Для придания уравнению безразмерного вида воспользуемся масштабами протяженности L, времени Т и массы М. Выберем эти

После приведения к безразмерной форме функциональное уравнение (10.7) примет вид

4. Находим на основании обработки экспериментальных результатов и теоретических предположений А.С. Лышевского, средний диаметр капель по Заутеру

Пример 1. Определить диаметр сопловых отверстий распылителя для подачи дизельного топлива в камеру сгорания под средним постоянным давлением 30 МПа (30·106 Н/м2). Максимальное давление в полости форсунки 50 МПа. Плотность дизельного топлива при 20 0С равна 850 кг/м3.

В качестве примера определим расчетным путем суммарное значение проходного сечения сопловых отверстий распылителей, их число и диаметр для дизеля семейства КамАЗ.

Для режима номинальной мощности цикловую подачу (Vц или qц ) для дизеля КамАЗ определим по формуле

где qе – удельный, эффективный расход топлива, 210 г/(кВт·ч); Nе – эффективная номинальная мощность, 190 кВт; i – число цилиндров, 8; nн – частота вращения вала насоса, 1100 мин-1; ρТ – плотность топлива, 0,85 г/см3, или 850 кг/м3.

Главным параметром распылителя является его эффективное проходное сечение F . Суммарная площадь сопловых отверстий F зависит от диаметра отверстий и их количества. Величина F для распылителей автотракторных дизелей соответствует 0,15 − 0,4 мм2.

Для двигателей семейства КамАЗ мощностью от 154 до 265 кВт значение F лежит в пределах 0,185 − 0,27 мм2.

Определим теоретическую скорость истечения дизельного топлива через сопловые отверстия

где Р – среднее по величине давление топлива перед сопловыми отверстиями.

Т 2 300 105 /850 265 м/с.

Действительная максимальная скорость, при которой жидкость вытекает из сопловых отверстий,

Д Т 265 0,7 185 м/с,

где 0,7 – коэффициент расхода.

Объемный расход топлива Q из распылителя (м3/с) можно

где F – эффективное проходное сечение распылителя, м2; T – теоретическая скорость истечения топлива, м/с; Р – средняя величина давления топлива перед сопловыми отверстиями, Н/м2; ρТ – плотность топлива, кг/м3.

При Р = 30·106 Н/м2 и ρТ =850 кг/м3 величина T =265 м/c.

Объемный расход топлива можно определить по количеству топлива, поданного в камеру сгорания (Vц= qц) за время впрыска t :

Время впрыска t (с) и продолжительность впрыска (град) зависят от частоты вращения кулачкового вала n (мин-1) и связаны выражением

В современных быстроходных дизелях с интенсивным процессом подачи топлива в камеру сгорания продолжительность впрыска составляет 10 − 120 поворота кулачкового вала насоса.

Величина действительного объёмного расхода топлива через форсунку составит

2 Р

Т

F 0,00006 0,0000002 м2 0,2 мм2 . 265

При величине коэффициента расхода, равного 0,7, суммарная площадь сопловых отверстий составит 0,28 мм2. При числе сопловых отверстий 4 площадь сечения одного сопла Fc составит 0,07 мм2.

Зная площадь соплового отверстия, определим его диаметр dс.

Пример 2. Определить средний диаметр капель в процессе распыливания дизельного топлива, вытекающего из соплового отверстия диаметром 0,3 мм.

Коэффициент поверхностного натяжения при 20 0С дизельного топлива 0,029 Н/м. Действительная скорость истечения жидкости из

соплового отверстия равна 185 м/с. Плотность топлива при 20 0С

850 кг/м3.

По формуле (10.11) находим критерий Вебера

We Д2 Т dc 1852 850 0,0003 300943.

0,029

Для нахождения критерия Лапласа определим коэффициент динамической вязкости. Кинематическая вязкость дизельного топлива при 20 0С составляет 4·10-6 м2/с. При плотности 850 кг/м3 динамическая вязкость, согласно выражению (10.5), составит 0,0034 Н·с/м2. По формуле (10.11) определим критерий Лапласа