3.5.2. Расчет струйной форсунки.

Струйная форсунка представляет собой отверстие в толстой стенке. Канал отверстия можно рассматривать как внешний цилиндрический насадок, истечение из которого происходит при несовершенном сжатии струи внутри насадка. Длина цилиндрического насадка составляет обычно (2...6)d, где d - диаметр отверстия форсунки. При истечении жидкости через цилиндрический насадок могут наблюдаться два режима течения.

На первом режиме (рис.3.9,а) струя на входе в насадок сжимается по той же причине, что и при истечении через отверстие в тонкой стенке, а затем расширяется до стенок насадка. Истекающая из насадка струя имеет диаметр, равный диаметру отверстия. На этом режиме расход жидкости через насадок

а б Рис.3.9

больше, чем при истечении через отверстие в тонкой стенке, благодаря тому, что в сжатом сечении давление ниже, чем давление в среде, куда истекает жидкость. Поэтому скорость жидкости в сжатом сечении больше

скорости жидкости в сжатом сечении струи при истечении через отверстие в тонкой стенке, хотя степень сжатия струи одинакова. Скорость жидкости на срезе цилиндрического насадка меньше скорости истечения через отверстие в тонкой стенке в сжатом сечении, из-за большего гидравлического сопротивления. Этот режим возможен, если перепад давления Δр на насадке меньше критического: Δр_кр=p_H/0,75. Здесь р_Н - давление среды, в которую истекает жидкость.

Если Δр > Δр_кр (или l < 2d), то первый режим истечения невозможен. Реализуется второй режим истечения (рис.3.9,б) из цилиндрического насадка, при котором струя после сжатия не расширяется, а сохраняет цилиндрическую форму, не соприкасаясь со стенками насадка. Истечение происходит, как из отверстия в тонкой стенке, с теми же значениями коэффициентов истечения.

Расчет струйной форсунки заключается в определении диаметра отверстия цилиндрического насадка. Поскольку струйная форсунка предназначена для распыливания жидкости, то перепад давления на отверстии форсунки таков, что реализуется второй режим истечения жидкости через цилиндрический насадок. При расчете форсунки будем полагать, что канал перед отверстием имеет диаметр d₁, равный диаметру трубопровода, к которому прикрепляется форсунка.

Порядок определения диаметра отверстия форсунки следующий.

1. Определяют скорость истечения идеальной жидкости и_ид:

,

где Δр = Δp_ф - заданный перепад давления на форсунке.

2. Рассчитывают по формуле расхода диаметр отверстия d_ид.

3. Вычисляют число Re:

Re=u_ид d_ид/ν.

4. Вычисляют отношение площадей

n = (d_ид/d₁)²

5. В зависимости от числа Re определяют по графику (см. Приложение) коэффициент совершенного сжатия струи ε.

6. Вычисляют коэффициент несовершенного сжатия струи ε_н=ε+0,37·n².

7. Определяют скорость истечения жидкости:

.

8. Коэффициент расхода при несовершенном сжатии будет равен

.

9. Расход через сжатое сечение струи, вытекающей через отверстие с площадью поперечного сечения S=πd²/4 равен

,

а искомый диаметр отверстия

.