BADANIE WPŁYWU ZAWIROWANIA STRUMIENIA CENTRALNEGO WYBRANEJ DYSZY NA PARAMETRY STRUMIENIA ROZPYLONEGO.pdf

(331 KB) Pobierz

st. kpt. dr in Ŝ . Jerzy GAŁAJ

st. bryg. dr in Ŝ . Sylwester KIELISZEK

mł. kpt. mgr in Ŝ . Tomasz DRZYMAŁA

SGSP, Katedra Techniki Po Ŝ arniczej

BADANIE WPŁYWU ZAWIROWANIA

STRUMIENIA CENTRALNEGO WYBRANEJ DYSZY

NA PARAMETRY STRUMIENIA ROZPYLONEGO

W artykule przedstawiono wyniki badań dyszy strumieniowej,

w których wykorzystano zjawisko rozpylania wody wskutek zderzania

się czterech strumieni bocznych oraz zawirowanego strumienia central-

nego. Zawirowanie strumienia uzyskano dzięki zastosowaniu specjal-

nych wkładek zawirowujących o róŜnych kątach zawirowania. Głów-

nym celem przeprowadzonych eksperymentów było przeanalizowanie

wpływu stopnia zawirowania strumienia centralnego na niektóre wła-

sności strumienia rozpylonego, istotne z punktu widzenia efektywności

gaszenia, takie jak rozkłady intensywności zraszania oraz średnich

średnic objętościowych kropel wzdłuŜ promienia. Podczas badań

uwzględniono równieŜ wpływ ciśnienia zasilania dyszy. Na podstawie

dokonanej analizy sformułowano wnioski dla dysz z nie zawirowanym

i zawirowanym strumieniem centralnym, uwzględniając przy tym kąt

jego zawirowania.

The results of droplets spectrum generated by the nozzle with four

colliding side and whirled central streams at different values of supply

pressure were presented in this paper. The influence of stream whirl on

spray parameters as sprinkling intensity and mean value of droplets

volume diameter have been analysed. The conclusions significant for

designers of mist extinguishing systems were formulated.

1. Wst ę p

Jednym z istotnych obszarów zastosowania dysz rozpylających jest ochrona

przeciwpoŜarowa. Wynika to z faktu uzyskiwania znacznie większej efektywności

gaszenia za pomocą strumieni rozproszonych w porównaniu ze strumieniami

zwartymi. Wykorzystywane są one głównie w stałych urządzeniach gaśniczych

takich jak tryskacze i zraszacze. Z dotychczasowych rozwaŜań teoretycznych [6, 8]

oraz badań eksperymentalnych prowadzonych w USA i krajach skandynawskich

[1, 2, 3] wynika, Ŝe najbardziej efektywny z punktu widzenia gaśniczego strumień

rozpylony powinien się składać z kropli o średnicach zawierających się w prze-

dziale 200-900

m. Jednocześnie, biorąc pod uwagę przeciętne wartości tempera-

tur w strefie płomienia i poza tą strefą oraz wysokość strefy pionowego spadku

kropli zgodne z [10], załoŜono optymalny przedział średnic kropel od 200

m

m

m do

400

m.

Do badań przyjęto dyszę, w której zastosowano strumień centralny oraz cztery

strumienie boczne zderzające się ze sobą pod kątem 90°. Najistotniejsze z punktu

widzenia efektywności gaszenia poŜarów są dwa parametry strumienia rozpylone-

go: równomierność i intensywność zraszania oraz średnia średnica kropel. Są one

zaleŜne w duŜej mierze od własności geometrycznych dyszy rozpylającej oraz

zawirowania strumienia [4]. Wyniki badań wybranych dysz z nie zawirowanym

strumieniem centralnym zamieszczono w [5, 11, 12].

Celem obecnej pracy jest porównanie otrzymanych wcześniej wyników uzy-

skanych w trakcie badań tej samej dyszy, w której dzięki zastosowaniu specjalnych

wkładek uzyskano zawirowanie strumienia centralnego. Podczas badań uwzględ-

niono równieŜ wpływ ciśnienia zasilania dyszy.

2. Podstawowe definicje i zale Ŝ no ś ci

Podstawowymi parametrami charakteryzującymi makrostrukturę rozpylo-

nego strumienia kropel są: kąt rozpylenia

m

, 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 [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

a

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

. 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

objętości co krople zliczone podczas eksperymentu. Wartość średniej średnicy

objętościowej kropli moŜe być wyznaczona z następującego wzoru:

Î

¸

120

°

m

∑ =

3

D

×

N

j

j

3

j

1

D

=

[

m

m]

(1)

v

N

gdzie:

D j − średnia wartość średnicy kropli odpowiadająca j-temu zakresowi [

m],

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).

m

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

-

9

p

×

10

×

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].

3. Opis bada ń

Badania przeprowadzono na stanowisku znajdującym się w Laboratorium Hy-

dromechaniki SGSP. Schemat stanowiska pokazano na rys. 1. Głównymi elemen-

tami systemu pomiarowego są: fotoelektryczny analizator widma kropel (AWK)

składający się z sondy i przetwornika oraz komputer ze specjalną kartą i zainstalo-

wanym oprogramowaniem przeznaczonym do rejestracji i wstępnej obróbki da-

nych pomiarowych [9].

774885982.312.png

774885982.323.png

774885982.334.png

774885982.345.png

774885982.001.png

774885982.012.png

Rys. 1. Schemat stanowiska badawczego

1− komora, 2− sonda pomiarowa, 3− dysza, 4− czujnik ci ś nienia, 5− zbiornik hydroforo-

wy, 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 [10]

Komputer umoŜliwia m.in. zliczanie kropel o średnicach zawierających się

w przedziale od 13 do 3000

m. Maksymalny całkowity błąd pomiarowy systemu

AWK wynosi 2,5%. Ponadto w układzie mierzono natęŜenie objętościowe prze-

pływu wody za pomocą przepływomierza elektromagnetycznego MAGFLO 3000

(8), którego błąd pomiarowy nie przekraczał 0,5% zakresu oraz ciśnienie wody na

wlocie do dyszy przy pomocy przetwornika ciśnienia CL300 (13) sprzęŜonego

z czujnikiem tensometrycznym (4), których całkowity błąd pomiarowy nie prze-

kraczał 0,015% zakresu.

Przedmiotem badań była dysza mająca cztery symetryczne boczne otwory wy-

lotowe o średnicy d b = 2,7 mm oraz centralny otwór wylotowy o średnicy

d c = 3,2 mm. Schemat konstrukcyjny dyszy pokazano na rys. 2.

m

3

90 o

d

c

17

25

Rys. 2. Przekrój poprzeczny dyszy rozpylaj ą cej z wkładk ą zawirowuj ą c ą [10]

774885982.023.png

774885982.034.png

774885982.045.png

774885982.056.png

774885982.067.png

774885982.078.png

774885982.089.png

774885982.100.png

774885982.111.png

774885982.122.png

774885982.133.png

774885982.144.png

774885982.155.png

774885982.166.png

774885982.177.png

774885982.188.png

774885982.199.png

774885982.210.png

774885982.221.png

774885982.232.png

774885982.243.png

774885982.254.png

774885982.265.png

774885982.276.png

774885982.287.png

774885982.289.png

774885982.290.png

774885982.291.png

774885982.292.png

774885982.293.png

774885982.294.png

774885982.295.png

774885982.296.png

774885982.297.png

774885982.298.png

774885982.299.png

774885982.300.png

774885982.301.png

774885982.302.png

774885982.303.png

774885982.304.png

774885982.305.png

774885982.306.png

774885982.307.png

774885982.308.png

774885982.309.png

774885982.310.png

774885982.311.png

774885982.313.png

774885982.314.png

774885982.315.png

774885982.316.png

774885982.317.png

774885982.318.png

774885982.319.png

774885982.320.png

774885982.321.png

774885982.322.png

774885982.324.png

774885982.325.png

774885982.326.png

774885982.327.png

774885982.328.png

774885982.329.png

774885982.330.png

774885982.331.png

774885982.332.png

774885982.333.png

774885982.335.png

774885982.336.png

774885982.337.png

774885982.338.png

774885982.339.png

774885982.340.png

774885982.341.png

774885982.342.png

774885982.343.png

774885982.344.png

774885982.346.png

774885982.347.png

774885982.348.png

774885982.349.png

774885982.350.png

774885982.351.png

774885982.352.png

774885982.353.png

774885982.354.png

774885982.355.png

774885982.002.png

774885982.003.png

774885982.004.png

774885982.005.png

774885982.006.png

774885982.007.png

774885982.008.png

774885982.009.png

774885982.010.png

774885982.011.png

774885982.013.png

774885982.014.png

774885982.015.png

774885982.016.png

774885982.017.png

774885982.018.png

774885982.019.png

774885982.020.png

774885982.021.png

774885982.022.png

774885982.024.png

774885982.025.png

774885982.026.png

774885982.027.png

774885982.028.png

774885982.029.png

774885982.030.png

774885982.031.png

774885982.032.png

774885982.033.png

774885982.035.png

774885982.036.png

774885982.037.png

774885982.038.png

774885982.039.png

774885982.040.png

774885982.041.png

774885982.042.png

774885982.043.png

774885982.044.png

774885982.046.png

774885982.047.png

774885982.048.png

774885982.049.png

774885982.050.png

774885982.051.png

774885982.052.png

774885982.053.png

774885982.054.png

774885982.055.png

774885982.057.png

774885982.058.png

774885982.059.png

774885982.060.png

774885982.061.png

774885982.062.png

774885982.063.png

774885982.064.png

774885982.065.png

774885982.066.png

774885982.068.png

774885982.069.png

774885982.070.png

774885982.071.png

774885982.072.png

774885982.073.png

774885982.074.png

774885982.075.png

774885982.076.png

774885982.077.png

774885982.079.png

774885982.080.png

774885982.081.png

774885982.082.png

774885982.083.png

774885982.084.png

774885982.085.png

774885982.086.png

774885982.087.png

774885982.088.png

774885982.090.png

774885982.091.png

774885982.092.png

774885982.093.png

774885982.094.png

774885982.095.png

774885982.096.png

774885982.097.png

774885982.098.png

774885982.099.png

774885982.101.png

774885982.102.png

774885982.103.png

774885982.104.png

774885982.105.png

774885982.106.png

774885982.107.png

774885982.108.png

774885982.109.png

774885982.110.png

774885982.112.png

774885982.113.png

774885982.114.png

774885982.115.png

774885982.116.png

774885982.117.png

774885982.118.png

774885982.119.png

774885982.120.png

774885982.121.png

774885982.123.png

774885982.124.png

774885982.125.png

774885982.126.png

774885982.127.png

774885982.128.png

774885982.129.png

774885982.130.png

774885982.131.png

774885982.132.png

774885982.134.png

774885982.135.png

774885982.136.png

774885982.137.png

774885982.138.png

774885982.139.png

774885982.140.png

774885982.141.png

774885982.142.png

774885982.143.png

774885982.145.png

774885982.146.png

774885982.147.png

774885982.148.png

774885982.149.png

774885982.150.png

774885982.151.png

774885982.152.png

774885982.153.png

774885982.154.png

774885982.156.png

774885982.157.png

774885982.158.png

774885982.159.png

774885982.160.png

774885982.161.png

774885982.162.png

774885982.163.png

774885982.164.png

774885982.165.png

774885982.167.png

774885982.168.png

774885982.169.png

774885982.170.png

774885982.171.png

774885982.172.png

774885982.173.png

774885982.174.png

774885982.175.png

774885982.176.png

774885982.178.png

774885982.179.png

774885982.180.png

774885982.181.png

774885982.182.png

774885982.183.png

774885982.184.png

774885982.185.png

774885982.186.png

774885982.187.png

774885982.189.png

774885982.190.png

774885982.191.png

774885982.192.png

774885982.193.png

774885982.194.png

774885982.195.png

774885982.196.png

774885982.197.png

774885982.198.png

774885982.200.png

774885982.201.png

774885982.202.png

774885982.203.png

774885982.204.png

774885982.205.png

774885982.206.png

774885982.207.png

774885982.208.png

774885982.209.png

774885982.211.png

774885982.212.png

774885982.213.png

774885982.214.png

774885982.215.png

774885982.216.png

774885982.217.png

774885982.218.png

774885982.219.png

774885982.220.png

774885982.222.png

774885982.223.png

774885982.224.png

774885982.225.png

774885982.226.png

774885982.227.png

774885982.228.png

774885982.229.png

774885982.230.png

774885982.231.png

774885982.233.png

774885982.234.png

774885982.235.png

774885982.236.png

774885982.237.png

774885982.238.png

774885982.239.png

774885982.240.png

774885982.241.png

774885982.242.png

774885982.244.png

774885982.245.png

774885982.246.png

774885982.247.png

774885982.248.png

774885982.249.png

774885982.250.png

774885982.251.png

774885982.252.png

774885982.253.png

774885982.255.png

774885982.256.png

774885982.257.png

774885982.258.png

W celu wstępnego zawirowania strumienia do otworu centralnego wprowadzono

specjalne trzy wkładki zawirowujące o róŜnych kątach zawirowania 90

°

(wkładka

1.), 180

°

(wkładka 2.) i 270

°

(wkładka 3.). Zdjęcie dyszy oraz wkładek pokazano

na rys. 3.

Rys. 3. Zdj ę cie dyszy oraz trzech wkładek [11]

Pomiaru dokonywano po ustabilizowaniu się ciśnienia na rozpylaczu. Podczas

badań jako warunek automatycznego zakończenia pojedynczego pomiaru przyjęto

maksymalną liczbę zliczonych kropel równą 10000. Odległość pomiędzy wylotem

z dyszy a płaszczyzną, w której umieszczono sondę pomiarową, wynosiła około

180 cm. Przeprowadzono cykl badań dla następujących połoŜeń sondy pomiarowej

względem osi rozpylacza: 0 cm, 15 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm i 75 cm. Dla kaŜdej

z wymienionych odległości dokonywano pomiaru przy ciśnieniach zasilania 0,2;

0,4; 0,6 i 0,8 MPa. Generalnie przyjęto załoŜenie, Ŝe rozkład intensywności zrasza-

nia jest osiowo-symetryczny, co zostało potwierdzone kilkoma cyklami pomiarów

dokonywanych w punktach leŜących symetrycznie po obydwu stronach osi rozpy-

lacza.

4. Wyniki pomiarów

W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano bezpośrednio m.in. następujące

parametry związane z procesem rozpylania: kąt rozpylenia, całkowitą liczbę zli-

czonych kropel oraz czas zliczania, liczby kropel o średnicach naleŜących do

wcześniej zdefiniowanych 16 zakresów zestawionych w tab. 1. oraz średnie średni-

ce kropel (arytmetyczna, powierzchniowa, objętościowa i Sautera). Wartości kątów

rozpylenia dla dyszy bez wkładki i z trzema róŜnymi wkładkami zawirowującymi

przy ciśnieniu p = 0,4 MPa zamieszczono w tab. 2.

Poszczególne serie wyników zawierające zliczone liczby kropel w poszcze-

gólnych przedziałach średnic kropel 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 MSExcel. W jej wyniku otrzymano

kilkanaście wykresów, z których najistotniejsze zamieszczono w niniejszej pracy.

774885982.259.png

774885982.260.png

774885982.261.png

774885982.262.png

774885982.263.png

774885982.264.png

774885982.266.png

774885982.267.png

774885982.268.png

774885982.269.png

774885982.270.png

774885982.271.png

774885982.272.png

774885982.273.png

774885982.274.png

774885982.275.png

774885982.277.png

774885982.278.png

774885982.279.png

774885982.280.png

774885982.281.png

774885982.282.png

774885982.283.png

774885982.284.png

774885982.285.png

774885982.286.png

774885982.288.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin