ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Практические рекомендации из "Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах" Рассмотрим воздействие акустических колебаний на процесс испарения жидкости, который может происходить двояко. В первом случае жидкость кипит на поверхности нагрева, и образующиеся пузырьки пара проходят сквозь жидкость и через зеркало жидкости уходят в газовую фазу. Во втором случае происходит испарение с поверхности зеркала жидкости. [c.141] Прн рассмотрении первого случая следует обратить внимание на критическое акустическое давление, так как оно, как это указывалось выше, зависит и от температуры жидкости, и от температуры поверхности нагрева. [c.141] На рис. 5.4, а дана зависимость критического акустического давления в метаноле от температуры жидкости и поверхности нагрева [60], а на рис. 5.4,6 — зависимость критического акустического давления в метаноле от частоты акустических колебаний и температуры поверхности теплообмена. [c.141] Из рисунка видно, что критическое акустическое давление имеет минимум при температуре поверхности нагрева - -65°С. Изменение частоты акустических колебаний влияет на величину критического акустического давления, однако не изменяет положения минимума. Экспериментально установлено, что минимум критического акустического давления соответствует началу кипения жидкости на поверхностн теплообмена. [c.141] Следует отметить, что интенсификация процесса кипения акустическими колебаниями эффективна лишь в начальной стадии. В дальнейшем при развитой области ядерного кипения эффект акустического воздействия резко снижается. Более целесообразно применять акустические колебания для интенсификации испарения жидкости без кипения, т. е. для второго случая. [c.141] Рассмотрим процесс испарения капелек жидкости, находящихся в потоке горячего воздуха, при воздействии акустических колебаний. [c.141] Как видно из уравнения (5.40), в критерий в явном виде не входят ни параметры потока газа, ни параметры акустических колебаний. Однако они в неявном виде содержатся в производной квадрата радиуса капли по времени. [c.142] Из экспериментальных работ следует, что теплообмен, а следовательно, и испарение для капли, взвешенной в потоке газа, зависят от двух параметров критерия Рейнольдса и отношения произведения радиуса каили на круговую акустическую частоту к скорости установившегося потока. [c.142] Для ннтснсификацпи процессов теплообмена в жидкости используются магнитострикционные плоские пакетные излучатели, а в газе — акустические свистки и сирены. [c.143] Энергия акустичсскпх колебаний не может оказать непосредственного влияния на процесс горения газообразного или распыленного жидкого топлива, так как она составляет лишь доли процента от химической энергии, выделяющейся при горении. Интенсификация процесса горения возможна лишь при воздействии акустических колебаний на гидродинамические характеристики потока [62]. Поэтому мы ограничимся анализом воздействия акустических колебаний на поток горючего в топочной камере. [c.143] Рассмотрим два вида факелов горения — кинетический и диффузионный. Прн кинетическом горении имеется предварительно подготовленная смесь горючего и окислителя, которая и подается в топочную камеру. Воспламенение этой смеси происходит в пограничном слое между поступающим потоком и периферийным циркулирующим вихрем продуктов сгорания. [c.143] При воздействии акустических колебаний в этом случае появляются весьма интенсивные высокочастотные турбулентные пульсации потока, и резко уменьшается внутренний масштаб турбулентности. Отношение турбулентной пульсации к масштабу турбулентности характеризует турбулизацию факела в ограниченном объеме. Увеличение этого отношения приводит к увеличению поверхности фронта горения, что в условиях ограниченной камеры выражается в з длинении зоны холодного ядра. Кроме того, с увеличением турбулентной скорости пульсации резко интенсифицируется выгорание смеси в зоне горения, а это приводит к увеличению температурных градиентов во фронте пламени. [c.143] Возникновение высокочастотных турбулентных пульсаций в топочной камере под воздействием акустического поля связано с появлением поверхностных волн на плоском фронте пламени, представляющем собой своеобразную поверхность разрыва. [c.143] Из соотношения (5.47) следует, что частота возникающих турбулентных пульсаций значительно выше частоты воздейст-вующйх акустических колебаний. [c.144] При диффузионном горении нет предварительно подготовленной смеси, и струя горючего подается в топочную камеру, наполненную окислителем (воздухом). В этом случае отсутствует четко выраженный фронт горения, а воспламенение происходит в области соприкосновения потока горючего с окислителем. Скорость горения при этом зависит от скорости перемешивания горючего с окислителем. [c.144] Воздействие акустических колебаний резко меняет характер горения диффузионного факела. Во-первых, сильно сокращается длина холодного ядра, и зона воспламенения приближается к горелке во-вторых, резко возрастает градиент температур в зоне горения в-третьих, примерно в четыре раза увеличивается глубина выгорания топлива. [c.144] Изменение характера горения объясняется возникновением турбулентных вихрей в связи с сильным затуханием и рассеиванием акустических колебаний на границе раздела сред. Однако, для эффективного воздействия акустических колебаний на процесс горения необходимо подбирать частоту и интенсивность акустических колебаний. [c.144] Акустическое давление при этом должно быть 150—160 дБ. Такое давление значительно превышает минимальный уровень, необходимый для нарушения устойчивости струи, однако именно такие уровни позволяют значительно сократить время смешения горючего и окислителя. [c.145] При распылении в топочных камерах твердого топлива акустическое воздействие не приводит к интенсификации процесса. Это связано с тем, что скорость горения в этом случае определяется поступлением горючего газа от поверхности твердых частиц. Теоретически этот процесс можно интенсифицировать, воздействуя акустическими колебаниями на смешение горючего и окислителя в пограничном слое. Но для этого требуются акустические колебания высокой частоты, которые нецелесообразны из-за большего затухания. [c.145] Из приведенного уравнения следует, что при малых давлениях скорость процесса лимитируется химической кинетикой окисления, а в обычных условиях и при повышенном давлении лимитирующим является процесс молекулярной диффузии (смешения) компонентов [63]. [c.145] Вернуться к основной статье