BADANIE WPŁYWU STRUMIENIA CENTRALNEGO NA PARAMETRY STRUMIENIA ROZPYLONEGO WYTWARZANEGO PRZEZ DYSZĘ ZE ZDERZAJĄCYMI SIĘ STRUMIENIAMI.pdf

(233 KB) Pobierz

st. kpt. dr in Ŝ . Jerzy GAŁAJ

mł. kpt. mgr in Ŝ . Rafał KOLMAN

SGSP, Katedra Techniki Po Ŝ arniczej

BADANIE WPŁYWU STRUMIENIA CENTRALNEGO

NA PARAMETRY STRUMIENIA ROZPYLONEGO WY-

TWARZANEGO PRZEZ DYSZ Ę

ZE ZDERZAJ Ą CYMI SI Ę STRUMIENIAMI

W artykule przedstawiono wyniki badań dyszy strumieniowych,

w których wykorzystano zjawisko rozpylania wskutek zderzania

się strumieni bocznych oraz strumienia centralnego. Głównym ce-

lem przeprowadzonych eksperymentów było przeanalizowanie

wpływu strumienia centralnego na niektóre własności strumienia

rozpylonego, istotne z punktu widzenia intensywności gaszenia,

takie jak rozkład intensywności zraszania oraz średnich średnic

objętościowych kropel wzdłuŜ promienia. Na podstawie dokonanej

analizy sformułowano wnioski dla tej samej dyszy z otwartym i

zamkniętym otworem centralnym.

The droplets spectra generated by the nozzle with colliding side

and central streams at different values of input pressure were pre-

sented in this paper. The influence of central stream on spray pa-

rameters as spraying intensity and a mean value of volumetric di-

ameter of droplets were analyzed. The conclusions significant for

designers of mist extinguishing systems were formulated.

1. Wst ę p

Jednym z podstawowych elementów tryskaczowych urządzeń gaśniczych jest

dysza mgłowa [4, 5, 8], której zadaniem jest odpowiednie rozpylenie strumienia

wody. Dotychczasowe badania wykazały, Ŝe efektywność gaszenia w duŜym stop-

niu zaleŜy od intensywności rozkładu kropel w strumieniu (ich liczby oraz średni-

cy). Na podstawie badań prowadzonych w krajach skandynawskich i w USA,

stwierdzono, Ŝe najlepszą efektywność schładzania mgłą wodną gorących gazów

poŜarowych otrzymuje się przy równomiernym zraszaniu kroplami wody o śred-

niej średnicy zawartej w przedziale między 200–900

m. [1, 2, 3]. Jednocześnie

rozwaŜania teoretyczne poparte odpowiednimi obliczeniami wykazały, Ŝe przy

przyjęciu następujących danych wejściowych: temperatura w strefie płomienia

m

2

1473 K, temperatura przed strefą płomienia 493 K oraz wysokość strefy pionowe-

go spadku kropli przed strefą płomienia od 1–2 m, największą zdolność przejmo-

wania ciepła przez krople wody wyŜszą od 20·10 8 W/m 3 uzyskuje się dla średnich

średnic zawartych w przedziale od 200

m [6]. W związku z powyŜszym

do dalszych rozwaŜań przyjęto ww. przedział średnic kropel.

Celem niniejszej pracy jest prezentacja wyników badań dotyczących wpływu

strumienia centralnego na jakość rozpylenia w dyszach o zderzających się czterech

strumieniach bocznych [7,8]. W badaniach uwzględniono równieŜ wpływ ciśnienia

zasilania.

m

m – 400

m

2. Podstawowe definicje i zale Ŝ no ś ci

Podstawowymi parametrami charakteryzującymi makrostrukturę rozpylo-

nego strumienia kropel są: kąt rozpylenia

, zasięg strumienia L, stopień jego asy-

metrii względem osi dyszy rozpylającej oraz gęstość objętościowa q v , która w roz-

patrywanym przypadku odpowiada intensywności zraszania I(r) w wybranym

punkcie odległym od osi rozpylacza o promień r [8]. Z kolei podstawowymi para-

metrami charakteryzującymi mikrostrukturę strumienia są: jakość rozpylenia za-

leŜna od rozrzutu średnic kropel (róŜnicy pomiędzy maksymalną i minimalną śred-

nicą kropli) i charakteryzująca tzw. równomierność zraszania, rozkład ilościowy

kropel wg średnic, czyli widmo rozpylenia oraz wartości średnich średnic kropel:

arytmetycznej, powierzchniowej, objętościowej i Sautera. PoniŜej zdefiniowano

trzy podstawowe parametry strumienia, które posłuŜyły do oceny jakości rozpyle-

nia: kąt rozpylenia, średnią średnicę objętościową kropel oraz intensywność zra-

szania[4, 5, 8].

K ą t rozpylenia α, kąt wierzchołkowy strugi kropel wypływającej z dyszy do

nieruchomego otoczenia. Struga zwęŜa się wraz ze wzrostem odległości od rozpy-

lacza. ZwęŜenie wynika przede wszystkim z działania otaczającego gazu, który

zostaje wprawiony w ruch przez zasysające działanie strugi, dlatego kąt rozpylenia

moŜe być jednoznacznie określony tylko w próŜni, gdzie moŜliwe jest wyelimino-

wanie wpływu otoczenia. Kąt rozpylenia określa kształt zewnętrzny strugi kropel.

Znajomość gabarytu jest konieczna dla prawidłowego wykorzystania rozpylonej

cieczy. Przykładowo, efektywny dobór odległości pomiędzy rozpylaczami wymaga

znajomości gabarytu strugi pojedynczego rozpylacza.

Rozpylacze strumieniowe z otworem o przekroju kołowym charakteryzują się

bardzo małymi wartościami kąta

a

. Wartości większe, zaleŜne od wewnętrznej

geometrii cechują rozpylacze wirowe i pneumatyczne. Dla rozpylaczy rotacyjnych

Ŝądany kąt rozpylenia

a

moŜna uzyskać w przypadku wymuszonego opływu roz-

pylacza przez gaz. Rozpylacze wirowe charakteryzują się duŜym przedziałem ką-

tów rozpylenia

a

15α .

Ś rednia ś rednica obj ę to ś ciowa D v , której wartość odpowiada średnicy kropel

jednorodnego zbioru zastępczego o tej samej liczbie kropel i tej samej sumarycznej

Î

¸

120

°

774885438.378.png

774885438.389.png

3

objętości, co krople zliczone podczas eksperymentu. Wartość średniej średnicy

objętościowej kropli moŜe być wyznaczona z następującego wzoru:

m

∑ =

3

D

×

N

j

j

3

j

1

D

=

[mm]

(1)

v

N

gdzie:

D j – średnia wartość średnicy kropli odpowiadająca j-temu zakresowi [mm],

N j – liczba wszystkich zliczonych kropel, których średnica naleŜy do j-tego prze-

działu średnic,

N – liczba wszystkich zliczonych kropel,

m – liczba przyjętych zakresów średnic kropel (m = 16).

Intensywno ść zraszania I , której wartość odpowiada objętości cieczy odnie-

sionej do jednostki powierzchni, która zrasza punkt pomiarowy w jednostce czasu.

Wartość intensywności moŜe być wyznaczona z następującego wzoru:

3

= p

×

D

×

N

I

v

[ mm/min ]

(2)

6

×

F

×

t

gdzie:

F – powierzchnia otworu wlotowego sondy równa 78,5 mm 2 ,

t – czas trwania pojedynczego eksperymentu [min].

Biorąc pod uwagę powyŜej wymienione parametry oraz podstawowe zastoso-

wanie generowanego strumienia do gaszenia poŜarów zdefiniowano dwa wskaźniki

charakteryzujące jakość rozpylenia otrzymanego strumienia. Pozwolą one na

uproszczenie analizy porównawczej, uzyskanych w wyniku przeprowadzonych

badań, rozkładów strumienia ze szczególnym uwzględnieniem wpływu strumienia

centralnego. PoniŜej zostały omówione te wskaźniki:

Wska ź nik równomierno ś ci zraszania WRZ, którego wartość jest tym mniej-

sza, im mniejszy jest rozrzut wartości intensywności zraszania kropel wzdłuŜ pro-

mienia r. Został on zdefiniowany przy wykorzystaniu często stosowanego w staty-

styce wzoru na odchylenie standardowe:

n

(

)

2

I

-

I

∑

i

śr

[mm/min]

(3)

WRZ

=

i

=

1

n

gdzie:

I – wartość intensywności zraszania w i-tym punkcie pomiarowym w mm/min,

n

I

∑

i

– wartość średniej intensywności zraszania w mm/min.

I

=

i

=

1

śr

n

n – liczba wszystkich punktów pomiarowych.

Wska ź nik optymalnej ś rednicy kropli WSO, którego wartość jest tym mniej-

sza, im mniejsze jest odchylenie wartości średniej objętościowej średnicy kropli od

774885438.400.png

774885438.411.png

774885438.001.png

774885438.012.png

774885438.023.png

774885438.034.png

774885438.045.png

774885438.056.png

4

wartości średnicy przyjętej za optymalną równą 0,3 mm (środek załoŜonego zakre-

su). Został on zdefiniowany za pomocą następującego wzoru:

n

(

)

∑ =

2

D

-

D

v

v

opt

i

(4)

WSO

=

i

1

n

gdzie:

D – wartość średniej objętościowej średnicy kropli w i-tym punkcie pomiaro-

wym w mm,

i

D

= 0,3 mm – wartość optymalna średniej objętościowej średnicy kropli.

3. Opis bada ń

v

opt

Badania zostały przeprowadzone na stanowisku znajdującym się w laborato-

rium Hydromechaniki SGSP, którego schemat pokazano na rys. 1.

Rys. 1. Schemat stanowiska badawczego

(1 – komora, 2 – sonda pomiarowa,3 – dysza, 4 – czujnik ci ś nienia, 5 – zbiornik hydrofo-

rowy, 6 – tłumik hydrauliczny, 7 – pompa zasilaj ą ca, 8 – przepływomierz, 9 – zawór,

10 – pompa odprowadzaj ą ca wod ę , 11 – przetwornik, 12 – zestaw komputerowy,

13 – przetwornik ci ś nienia z wy ś wietlaczem)

Głównymi elementami systemu pomiarowego są: fotoelektryczny analizator

widma kropel (AWK) składający się z sondy i przetwornika oraz komputer ze spe-

cjalną kartą i zainstalowanym oprogramowaniem przeznaczonym do rejestracji

i wstępnej obróbki danych pomiarowych [9]. UmoŜliwia on m.in. zliczanie kropel

o średnicach zawierających się w przedziale od 13 do 3000

m. Maksymalny cał-

kowity błąd pomiarowy systemu AWK wynosi 2,5%. Ponadto w układzie mierzo-

no natęŜenie objętościowe przepływu wody za pomocą przepływomierza elektro-

magnetycznego MAGFLO 3000 (8), którego błąd pomiarowy nie przekraczał 0,5%

zakresu oraz ciśnienie wody na wlocie do dyszy za pomocą przetwornika ciśnienia

m

774885438.067.png

774885438.078.png

774885438.089.png

774885438.100.png

774885438.111.png

774885438.122.png

774885438.133.png

774885438.144.png

774885438.155.png

774885438.166.png

774885438.177.png

774885438.188.png

774885438.199.png

774885438.210.png

774885438.221.png

774885438.232.png

774885438.243.png

774885438.254.png

774885438.265.png

774885438.276.png

774885438.287.png

774885438.298.png

774885438.309.png

774885438.320.png

774885438.331.png

774885438.342.png

774885438.353.png

774885438.361.png

774885438.362.png

774885438.363.png

774885438.364.png

774885438.365.png

774885438.366.png

774885438.367.png

774885438.368.png

774885438.369.png

774885438.370.png

774885438.371.png

774885438.372.png

774885438.373.png

774885438.374.png

774885438.375.png

774885438.376.png

774885438.377.png

774885438.379.png

774885438.380.png

774885438.381.png

774885438.382.png

774885438.383.png

774885438.384.png

774885438.385.png

774885438.386.png

774885438.387.png

774885438.388.png

774885438.390.png

774885438.391.png

774885438.392.png

774885438.393.png

774885438.394.png

774885438.395.png

774885438.396.png

774885438.397.png

774885438.398.png

774885438.399.png

774885438.401.png

774885438.402.png

774885438.403.png

774885438.404.png

774885438.405.png

774885438.406.png

774885438.407.png

774885438.408.png

774885438.409.png

774885438.410.png

774885438.412.png

774885438.413.png

774885438.414.png

774885438.415.png

774885438.416.png

774885438.417.png

774885438.418.png

774885438.419.png

774885438.420.png

774885438.421.png

774885438.002.png

774885438.003.png

774885438.004.png

774885438.005.png

774885438.006.png

774885438.007.png

774885438.008.png

774885438.009.png

774885438.010.png

774885438.011.png

774885438.013.png

774885438.014.png

774885438.015.png

774885438.016.png

774885438.017.png

774885438.018.png

774885438.019.png

774885438.020.png

774885438.021.png

774885438.022.png

774885438.024.png

774885438.025.png

774885438.026.png

774885438.027.png

774885438.028.png

774885438.029.png

774885438.030.png

774885438.031.png

774885438.032.png

774885438.033.png

774885438.035.png

774885438.036.png

774885438.037.png

774885438.038.png

774885438.039.png

774885438.040.png

774885438.041.png

774885438.042.png

774885438.043.png

774885438.044.png

774885438.046.png

774885438.047.png

774885438.048.png

774885438.049.png

774885438.050.png

774885438.051.png

774885438.052.png

774885438.053.png

774885438.054.png

774885438.055.png

774885438.057.png

774885438.058.png

774885438.059.png

774885438.060.png

774885438.061.png

774885438.062.png

774885438.063.png

774885438.064.png

774885438.065.png

774885438.066.png

774885438.068.png

774885438.069.png

774885438.070.png

774885438.071.png

774885438.072.png

774885438.073.png

774885438.074.png

774885438.075.png

774885438.076.png

774885438.077.png

774885438.079.png

774885438.080.png

774885438.081.png

774885438.082.png

774885438.083.png

774885438.084.png

774885438.085.png

774885438.086.png

774885438.087.png

774885438.088.png

774885438.090.png

774885438.091.png

774885438.092.png

774885438.093.png

774885438.094.png

774885438.095.png

774885438.096.png

774885438.097.png

774885438.098.png

774885438.099.png

774885438.101.png

774885438.102.png

774885438.103.png

774885438.104.png

774885438.105.png

774885438.106.png

774885438.107.png

774885438.108.png

774885438.109.png

774885438.110.png

774885438.112.png

774885438.113.png

774885438.114.png

774885438.115.png

774885438.116.png

774885438.117.png

774885438.118.png

774885438.119.png

774885438.120.png

774885438.121.png

774885438.123.png

774885438.124.png

774885438.125.png

774885438.126.png

774885438.127.png

774885438.128.png

774885438.129.png

774885438.130.png

774885438.131.png

774885438.132.png

774885438.134.png

774885438.135.png

774885438.136.png

774885438.137.png

774885438.138.png

774885438.139.png

774885438.140.png

774885438.141.png

774885438.142.png

774885438.143.png

774885438.145.png

774885438.146.png

774885438.147.png

774885438.148.png

774885438.149.png

774885438.150.png

774885438.151.png

774885438.152.png

774885438.153.png

774885438.154.png

774885438.156.png

774885438.157.png

774885438.158.png

774885438.159.png

774885438.160.png

774885438.161.png

774885438.162.png

774885438.163.png

774885438.164.png

774885438.165.png

774885438.167.png

774885438.168.png

774885438.169.png

774885438.170.png

774885438.171.png

774885438.172.png

774885438.173.png

774885438.174.png

774885438.175.png

774885438.176.png

774885438.178.png

774885438.179.png

774885438.180.png

774885438.181.png

774885438.182.png

774885438.183.png

774885438.184.png

774885438.185.png

774885438.186.png

774885438.187.png

774885438.189.png

774885438.190.png

774885438.191.png

774885438.192.png

774885438.193.png

774885438.194.png

774885438.195.png

774885438.196.png

774885438.197.png

774885438.198.png

774885438.200.png

774885438.201.png

774885438.202.png

774885438.203.png

774885438.204.png

774885438.205.png

774885438.206.png

774885438.207.png

774885438.208.png

774885438.209.png

774885438.211.png

774885438.212.png

774885438.213.png

774885438.214.png

774885438.215.png

774885438.216.png

774885438.217.png

774885438.218.png

774885438.219.png

774885438.220.png

774885438.222.png

774885438.223.png

774885438.224.png

774885438.225.png

774885438.226.png

774885438.227.png

774885438.228.png

774885438.229.png

774885438.230.png

774885438.231.png

774885438.233.png

774885438.234.png

774885438.235.png

774885438.236.png

774885438.237.png

774885438.238.png

774885438.239.png

774885438.240.png

774885438.241.png

774885438.242.png

774885438.244.png

774885438.245.png

774885438.246.png

774885438.247.png

774885438.248.png

774885438.249.png

774885438.250.png

774885438.251.png

774885438.252.png

774885438.253.png

774885438.255.png

774885438.256.png

774885438.257.png

774885438.258.png

774885438.259.png

774885438.260.png

774885438.261.png

774885438.262.png

774885438.263.png

774885438.264.png

774885438.266.png

774885438.267.png

774885438.268.png

5

CL300 (13) sprzęŜonego z czujnikiem tensometrycznym (4), których całkowity

błąd pomiarowy nie przekraczał 0,015% zakresu.

Do badań uŜyto dwóch dysz, jednej z czterema otworami bocznymi o średnicy

d b = 2,70 mm i otworze centralnym o średnicy d c = 3,20 mm (dysza nr 1), a drugiej

z takimi samymi otworami bocznymi, ale bez otworu centralnego (dysza nr 2).

Schemat konstrukcyjny przykładowych dysz z otworem centralnym i bez otworu

pokazano na rys. 2 [7]. Wymiary obydwu dysz są identyczne.

3

90 o

90 o

d

17

25

25

Rys. 2. Przekrój poprzeczny dysz rozpylaj ą cych (a – z otworem, b – bez otworu) [4]

Pomiaru dokonano po ustabilizowaniu się ciśnienia wody na wlocie do rozpyla-

cza. Jako warunek automatycznego zakończenia pomiaru przyjęto maksymalną

liczbę zliczonych kropel równą 10 000. Odległość pomiędzy wylotem z dyszy

a płaszczyzną, w której umieszczono sondę pomiarową wynosiła około 180 cm.

Przeprowadzono cykl badań dla następujących połoŜeń sondy pomiarowej wzglę-

dem osi rozpylacza: 0 cm, 15 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm i 75 cm. Pomiarów doko-

nano w punktach leŜących symetrycznie po obydwu stronach osi rozpylacza. Dla

kaŜdego z wymienionych połoŜeń dokonywano pomiaru przy ciśnieniach zasilania

2, 4, 6 , 8 i 10 bar. Poszczególne serie wyników były wprowadzone do programu

Compare, który umoŜliwił wstępną obróbkę danych polegającą na pogrupowaniu

średnic kropel w przedziały, a następnie wyliczenie parametrów niezbędnych do

dalszej analizy prowadzonej za pomocą programu MS Excel. Wykorzystując zain-

stalowany przepływomierz oraz przetwornik ciśnienia na tym samym stanowisku,

przeprowadzono eksperyment mający na celu określenie pomiaru intensywności

wypływu badanych dysz. Została ona określona za pomocą współczynnika przepu-

stowości K zdefiniowanego następująco (zgodnie z normą PN-EN 671-1) [10]:

p

Q

=

K

×

(5)

774885438.269.png

774885438.270.png

774885438.271.png

774885438.272.png

774885438.273.png

774885438.274.png

774885438.275.png

774885438.277.png

774885438.278.png

774885438.279.png

774885438.280.png

774885438.281.png

774885438.282.png

774885438.283.png

774885438.284.png

774885438.285.png

774885438.286.png

774885438.288.png

774885438.289.png

774885438.290.png

774885438.291.png

774885438.292.png

774885438.293.png

774885438.294.png

774885438.295.png

774885438.296.png

774885438.297.png

774885438.299.png

774885438.300.png

774885438.301.png

774885438.302.png

774885438.303.png

774885438.304.png

774885438.305.png

774885438.306.png

774885438.307.png

774885438.308.png

774885438.310.png

774885438.311.png

774885438.312.png

774885438.313.png

774885438.314.png

774885438.315.png

774885438.316.png

774885438.317.png

774885438.318.png

774885438.319.png

774885438.321.png

774885438.322.png

774885438.323.png

774885438.324.png

774885438.325.png

774885438.326.png

774885438.327.png

774885438.328.png

774885438.329.png

774885438.330.png

774885438.332.png

774885438.333.png

774885438.334.png

774885438.335.png

774885438.336.png

774885438.337.png

774885438.338.png

774885438.339.png

774885438.340.png

774885438.341.png

774885438.343.png

774885438.344.png

774885438.345.png

774885438.346.png

774885438.347.png

774885438.348.png

774885438.349.png

774885438.350.png

774885438.351.png

774885438.352.png

774885438.354.png

774885438.355.png

774885438.356.png

774885438.357.png

774885438.358.png

774885438.359.png

774885438.360.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin