2. Определение формы распыленного топливного факела при впрыске в неподвижную среду

На рис. 2 показан факел распыленного топлива, где L_ф – длина факела, В_ф – ширина факела, γ_ф – угол конуса факела.

Расчетную длину факела от соплового отверстия до лидирующих капель можно определить из выражения [2]

, (21)

где d_c – диаметр соплового отверстия распылителя в м; ϑ_Д – действительная скорость истечения топлива из сопла в м/с; τ – время движения факела из распылителя, с; We – критерий Вебера (формула 11); М_х – критерий Маха (отношение скорости потока жидкости к скорости звука); ρ_к – критерий плотности (отношение плотности воздуха к плотности топлива).

Рис. 2. Схема факела топлива:

I – скорость капель в поперечном сечении факела; II - распределение топлива в поперечных сечениях факела; 1- внешние слои факела;

2 – внутренние слои факела

Пример 3. Определить путь L_Ф, пройденный факелом за время впрыска равного 0,0015 с.

Диаметр сопла d_c = 0,3 мм, действительная скорость вытекающего топлива из сопла ϑ_Д = 185 м/с, критерий Вебера 300943, критерий Маха 0,54, критерий плотности ρ_к = 0,025.

Угол конуса факела струи впрыскиваемого топлива зависит от турбулентности пульсаций жидкости в струе, воздуха в объеме факела и находится по формуле А.С. Лышевского [2]

(22)

где Wе, L_Р, ρ_к – критерии Вебера, Лапласа и плотности; Э = τ²· σ /(ρ_Т · d³_c).

Пройденный путь факела распыленного топлива L_ф зависит от времени истечения топлива из сопла τ и действительной средней скорости струи ϑ_стр [5]

L_ф= τ∙ ϑ_стр . (23)

Объемный расход жидкости через одну форсунку в м³/с

Q_ф = f· ϑ_стр . (24)

Объем топлива V_T в м³, поданный через сопловое отверстие за текущее время τ_Т в с, определяется из выражения

V_T = Q_ф· τ_Т . (25)

Если известен объем капли V_k = π∙d³_к / 6 и текущий объем распыленного топлива V_Т за время τ_Т , то текущее число образованных капель можно найти из выражения n_T = V_Т / V_k . (26)

При известной площади поверхности одной капли S_к= π ·d²_к, текущую поверхность раздробленной части струи, образованной за время τ_Т, определяют из выражения

S_T = n_T · S_к . (27)

Общая поверхность струи распыленной жидкости

S_о = V_o× S_к / V_k = n_к× S_{к ,} (28)

где V_o – полный объем в м³ распыленной жидкости, поданный через сопловое отверстие в камеру сгорания, прошедший путь от соплового отверстия до поверхности горючего; n_к – общее число капель в факеле.

Пример 4. Определить общую поверхность распыленного топлива и путь, пройденный факелом.

Пусть за время впрыска равного 0,0015 с из одного соплового отверстия вытекает 22,5 мм³ дизельного топлива плотностью 850 кг/м³. Диаметр соплового отверстия 0,3 мм.

При среднем диаметре капли в 30 мкм или 0,03 мм ее объём составит V_к = 3,14∙0,03³ / 6 = 0,000014мм³, а количество капель n_к в объеме распыленного топлива одного сопла будет равно 160000 (22,5/0,000014).

При площади поверхности одной капли S_к = 3,14∙0,03² = 0, 0028 мм², общая поверхность распыленного топлива S_о составит 432 мм² (160000 · 0,0028). Общая поверхность, создаваемая всеми соплами составит (432· 4 =1728 мм²).

При скорости вытекающего топлива 185 м/с без противодавления, за время 0,0015с факел пройдет путь L_ф = τ∙ ϑ_стр= 0,0015∙ 185 = 0,27 м.

В заключение следует отметить, что в работе приведены расчетные формулы, позволяющее определять эффективное проходное сечение распылителя, число и диаметр сопловых отверстий, мелкость распыливания (средний диаметр капель), пройденный путь факела, величину его конуса, количество капель, общую поверхность распыленной жидкости, даны примеры расчетов.