Гидродинамика капель

Как поверх­ность осаждения капли занимают преи­мущественное положение в мокрых пылеуловителях. Образуются капли двумя основными способами: за счет механиче­ского дробления жидкости (механические форсунки различного типа) и при воздействии на жидкость газового потока (трубы Вентури, пневматические форсунки).

В абсолютном большинстве случаев образующиеся капли полидисперсны. Поэтому они характеризуются двумя параметрами, средним диаметром и распределением по размерам.

При движении в газовом потоке капля испытывает сопротивле­ние со стороны окружающей среды. Коэффициент сопротивления , как и для взвешенных частиц, зависит от критерия (где - диаметр капли, м; - относительная ско­рость капли, м/с). Для крупных капель ( >500) величина = 0,44 и сопротивление движению капли со стороны окружающей среды рассчитывается по формуле Ньютона. При движении ма­леньких капель применим закон сопротивления Стокса.

Таким образом, величину можно определять по тем же фор­мулам, что и коэффициент сопротивления для твердых частиц.

На рис. 4.1 показана полученная Ван дер Лиденом кривая, характеризующая зависимость сопротивления среды движению жидких капель диаметром от критерия Вебера [ ]. Эта кривая хорошо согласуется с эксперименталь­ными данными при значениях We = 1 - 5.

Экспериментальные исследования конечной скорости падения капель воды в воздухе показали, что до значения диаметра капель ≈0,8 мм их скорость падения не отличается от скорости падения равновесных твердых шариков.

Рисунок 4.1 - Зависимость коэффициента сопротивле­ния движения капель от критерия We.

Большинство исследователей считают, что при неравномерном (ускоренном) движении капель коэффи­циент сопротивления среды выше, чем при равномерном. Более низкие значения коэффициента сопротивления при ускоренном дви­жении капель были получены Ингебо. Они описываются фор­мулой

Капли жидкости, движущиеся в газовом потоке, могут дробить­ся на более мелкие в том случае, когда внешние силы, действую­щие на каплю, преодолевают силы поверхностного натяжения.

Дробление одиночных капель, падающих в газовой среде, начинается при диаметре капель более 0,6 - 0,7 см. Оценить величину критического диаметра капли (диаметра, при котором начинается дробление) (в м) можно по формуле

где - критическая скорость газов, при которой наступает дробление, м/с.

Диаметр капли, образующейся при дроблении, (в м) может быть определен из уравнения

где - коэффициент, показывающий, какая часть динамического напора, обу­словленного изменением пульсационных скоростей по длине капли, передается поверхности капли; - линейный масштаб потока, м.

При больших значениях величину находят по формуле

При малых скоростях газового потока дробления капель не происходит. Лишь с увеличением скорости капля теряет устойчи­вость и начинает дробиться. Граница устойчивости капли обычно определяется критерием We. Однако единого мнения о критической величине критерия We_кр, соответствующей началу дробления, нет. С учетом данных различных исследователей мож­но ограничить значения We_кр следующими пределами: 7<We_кр<23. Считается, что с уменьшением диаметра капель величи­на We_кр возрастает, а с ростом вязкости жидкости - падает.