RU2724140C1 - Method of determining the evaporation rate of a group of drops - Google Patents

Method of determining the evaporation rate of a group of drops Download PDF

Info

Publication number
RU2724140C1
RU2724140C1 RU2019139349A RU2019139349A RU2724140C1 RU 2724140 C1 RU2724140 C1 RU 2724140C1 RU 2019139349 A RU2019139349 A RU 2019139349A RU 2019139349 A RU2019139349 A RU 2019139349A RU 2724140 C1 RU2724140 C1 RU 2724140C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heater
drops
group
evaporation
liquid
Prior art date
Application number
RU2019139349A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Афанасьевич Архипов
Алексей Иванович Коноваленко
Сергей Александрович Басалаев
Николай Николаевич Золоторев
Ксения Григорьевна Перфильева
Анна Сергеевна Усанина
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ)
Priority to RU2019139349A priority Critical patent/RU2724140C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724140C1 publication Critical patent/RU2724140C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
    • G01N25/12—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of critical point; of other phase change

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to the field of development of methods for laboratory research of physical processes, in particular for investigation of laws of evaporation of group of liquid drops when heated by external heat flow. Method for determining rate of evaporation of a group of drops includes measuring change in size of droplets as they pass through vertically arranged hollow cylindrical heater, group of monodispersed drops is produced by multiple pulsed supply of liquid from measuring vessel into hollow cylindrical heater through a set of uniformly located capillaries of the same diameter with possibility of collection of drops passing through the heater into receiving reservoir, size of drops at the inlet of the heater is measured by video shooting, total masses of drops supplied to the heater and into the receiving container during the measurements are determined by weighing the liquid in the measuring and receiving containers, and the rate of evaporation of the group of drops is determined from the ratio:where W is group of drops evaporation rate, kg/(m⋅s);is density of liquid, kg/m; Ris drop radius at heater inlet, m; g is acceleration of free fall, m/s; L is cylindrical heater length, m; mis total liquid mass supplied to receiving container during measurements, kg; mis total liquid mass supplied to heater during measurements, kg.EFFECT: high accuracy of determining the rate of evaporation of a group of drops.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области разработки способов и устройств для лабораторных исследований физических процессов, в частности для исследования закономерностей испарения группы капель жидкости при нагреве внешним тепловым потоком.The invention relates to the development of methods and devices for laboratory studies of physical processes, in particular for studying the patterns of evaporation of a group of liquid droplets when heated by an external heat stream.

Изучение процессов испарения жидких капель имеет большое практическое значение при проектировании различных энергетических устройств, оптимизации технологий тушения пожаров, а также в ряде других практических приложениях [1, 2]. Для оценки адекватности существующих теоретических моделей (диффузионная модель, модель приведенной пленки, модель фазового перехода и др.), а также разрабатываемых уточненных моделей испарения необходимо экспериментальное исследование скорости испарения капель.Studying the processes of evaporation of liquid droplets is of great practical importance in the design of various energy devices, optimization of fire extinguishing technologies, as well as in a number of other practical applications [1, 2]. To assess the adequacy of existing theoretical models (diffusion model, reduced film model, phase transition model, etc.), as well as refined models of evolution being developed, an experimental study of the rate of droplet evaporation is necessary.

Основной объем информации по способам и устройствам для экспериментального исследования процессов испарения относится к одиночным каплям [3-5]. В большинстве практических приложений (в частности, при анализе эффективности тушения пожаров тонкораспыленной водой) реализуется процесс испарения группы капель. При этом наблюдается эффект влияния соседних капель на полноту испарения [6]. Для учета влияния этого эффекта необходимы экспериментальные данные по испарению группы капель с их различной концентрацией в высокотемпературной среде.The bulk of information on methods and devices for experimental research of evaporation processes relates to single drops [3-5]. In most practical applications (in particular, when analyzing the efficiency of extinguishing fires with finely sprayed water), the process of evaporation of a group of drops is implemented. In this case, the effect of neighboring drops on the completeness of evaporation is observed [6]. To take into account the effect of this effect, experimental data on the evaporation of a group of droplets with their various concentrations in a high-temperature medium are necessary.

Известен способ определения скорости испарения и горения группы мелких капель [7]. Левитирующие капли жидкости фиксируются по оси камеры сгорания при помощи акустического поля и нагреваются от горячих стержней, расположенных в нижней части камеры. Температура в камере измерялась датчиками температуры, а изменение размеров капель фиксировалось высокоскоростной камерой через прозрачное окно в стенке камеры сгорания. Нагрев капель в данном устройстве осуществлялся за счет комбинированного теплообмена, включающего конвективный, кондуктивный и лучистый механизмы. Размеры капель в группе были существенно различны, а в режиме левитации капли деформируются и колеблются под действием акустического поля, что затрудняет определение их размеров в процессе испарения.A known method for determining the rate of evaporation and combustion of a group of small drops [7]. Levitating liquid droplets are fixed along the axis of the combustion chamber using an acoustic field and are heated by hot rods located in the lower part of the chamber. The temperature in the chamber was measured by temperature sensors, and the change in droplet size was recorded by a high-speed camera through a transparent window in the wall of the combustion chamber. Drops were heated in this device due to the combined heat exchange, including convective, conductive and radiant mechanisms. The sizes of the droplets in the group were significantly different, and in the levitation mode, the droplets deform and oscillate under the influence of an acoustic field, which makes it difficult to determine their size during evaporation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, в котором видеорегистрацией определяется изменение размеров капель в паро-капельном облаке при движении в среде горячего газа [8]. Паро-капельное облако, создаваемое распылением жидкости форсунками, было существенно полидисперсным. Поэтому выбиралась малая (менее 10) группа капель диаметром не менее 0.5 мм, изменение размеров которой определялось с помощью специализированных вычислительных программных комплексов. В качестве среды горячего газа использовались продукты сгорания жидких горючих в цилиндрической кварцевой трубе.The closest in technical essence to the claimed invention is a method in which video recording determines the change in droplet size in a vapor-droplet cloud when moving in a hot gas medium [8]. The vapor-droplet cloud created by the atomization of the liquid by the nozzles was substantially polydisperse. Therefore, a small (less than 10) group of droplets with a diameter of at least 0.5 mm was chosen, the change in size of which was determined using specialized computational software systems. The products of combustion of liquid fuels in a cylindrical quartz tube were used as the hot gas medium.

К недостаткам способа относится сложность технической реализации и невысокая точность определения скорости испарения в условиях фонового излучения пламени. Скорость движения капель в полидисперсном потоке будет существенно различной, что приводит к их возможной коагуляции. Это влияет на достоверность получаемых результатов.The disadvantages of the method include the complexity of the technical implementation and the low accuracy of determining the evaporation rate in the background radiation of the flame. The velocity of the droplets in the polydisperse stream will be significantly different, which leads to their possible coagulation. This affects the reliability of the results.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности определения скорости испарения группы капель.The technical result of the present invention is to improve the accuracy of determining the evaporation rate of a group of drops.

Технический результат достигается тем, что разработан способ определения скорости испарения группы капель, включающий измерение изменения размера капель при их прохождении через вертикально расположенный полый цилиндрический нагреватель. Группу монодисперсных капель получают путем многократной импульсной подачи жидкости из мерной емкости в полый цилиндрический нагреватель через набор равномерно расположенных капилляров одинакового диаметра с возможностью сбора прошедших через нагреватель капель в приемную емкость. Размер капель на входе в нагреватель измеряют с помощью видеосъемки. Суммарные массы капель, поступивших в нагреватель и в приемную емкость за время проведения измерений, определяют взвешиванием жидкости в мерной и приемной емкостях. Скорость испарения группы капель определяют из соотношенияThe technical result is achieved by the fact that a method has been developed for determining the evaporation rate of a group of droplets, including measuring the change in droplet size as they pass through a vertically arranged hollow cylindrical heater. A group of monodisperse droplets is obtained by multiple pulsed supply of liquid from a measuring tank to a hollow cylindrical heater through a set of uniformly spaced capillaries of the same diameter with the possibility of collecting droplets passed through the heater into a receiving tank. The size of the droplets at the inlet to the heater is measured by video. The total mass of droplets entering the heater and in the receiving tank during the measurement is determined by weighing the liquid in the measuring and receiving tanks. The evaporation rate of a group of drops is determined from the ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

где W - скорость испарения группы капель, кг/(м2⋅с);where W is the evaporation rate of the droplet group, kg / (m 2 ⋅ s);

Figure 00000002
- плотность жидкости, кг/м3;
Figure 00000002
- fluid density, kg / m 3 ;

R0 - радиус капель на входе в нагреватель, м;R 0 is the radius of the droplets at the inlet to the heater, m;

g - ускорение свободного падения, м/с2;g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;

L - длина цилиндрического нагревателя, м;L is the length of the cylindrical heater, m;

mк - суммарная масса жидкости, поступившая в приемную емкость за время проведения измерений, кг;m to - the total mass of liquid received in the receiving tank during the measurement, kg;

m0 - суммарная масса жидкости, поступившая в нагреватель за время проведения измерений, кг.m 0 - the total mass of liquid received in the heater during the measurement, kg

Достижение положительного эффекта изобретения обеспечивается следующими факторами.The achievement of the positive effect of the invention is provided by the following factors.

1. Использование набора равномерно расположенных капилляров одинакового диаметра обеспечивает получение группы равномерно расположенных в пространстве монодисперсных капель.1. The use of a set of evenly spaced capillaries of the same diameter provides a group of monodispersed drops uniformly spaced in space.

2. Импульсная подача жидкости из мерной емкости обеспечивает образование идентичных групп капель за счет одновременного отрыва их от капилляров. Изменяя количество капилляров в наборе и расстояние между ними можно варьировать концентрацию капель при их движении через нагреватель.2. A pulsed fluid supply from the measuring tank ensures the formation of identical groups of drops due to their simultaneous separation from the capillaries. By changing the number of capillaries in the set and the distance between them, one can vary the concentration of droplets as they move through the heater.

3. Многократная импульсная подача жидкости обеспечивает прохождение через нагреватель большого количества капель, необходимого для точного измерения суммарной массы.3. Multiple pulsed fluid supply allows the passage through the heater of a large number of drops necessary for accurate measurement of the total mass.

4. Видеосъемка капель на входе в нагреватель позволяет определять их начальный радиус R0.4. Video recording of drops at the inlet to the heater allows you to determine their initial radius R 0 .

5. Взвешивание жидкости в мерной и в приемной емкостях позволяет определить суммарную массу капель до и после прохождения нагревателя, и, следовательно, долю испарившейся жидкости.5. Weighing the liquid in the measuring and receiving tanks allows you to determine the total mass of drops before and after the passage of the heater, and, therefore, the proportion of evaporated liquid.

6. Скорость испарения капель определяется уравнением [1]6. The evaporation rate of the droplets is determined by the equation [1]

Figure 00000003
Figure 00000003

где ΔR=R0-Rк - изменение радиуса капли за время ее прогрева Δt;where ΔR = R 0 -R to is the change in the radius of the droplet during its heating Δt;

Rк - радиус капли на выходе из нагревателя.R to is the radius of the droplet at the outlet of the heater.

Для расчета скорости испарения по уравнению (2) необходимо определить ΔR и Δt.To calculate the evaporation rate according to equation (2), it is necessary to determine ΔR and Δt.

6.1. Определение ΔR6.1. Definition of ΔR

Предположим, что за время измерения в нагреватель поступило N капель, суммарная масса которых равнаSuppose that during the measurement period N drops arrived in the heater, the total mass of which is equal to

Figure 00000004
Figure 00000004

где V0 - объем капли на входе в нагреватель.where V 0 is the droplet volume at the inlet to the heater.

В приемную емкость за это же время поступило N капель, суммарная масса которых равнаAt the same time, N drops, the total mass of which is equal to

Figure 00000005
Figure 00000005

где Vк - объем капли на выходе из нагревателя.where V to is the volume of the drop at the outlet of the heater.

Из (3) и (4) следует формула для расчета Rк From (3) and (4) follows the formula for calculating R to

Figure 00000006
Figure 00000006

и, следовательно,and therefore

Figure 00000007
Figure 00000007

6.2. Определение Δt6.2. Definition of Δt

Уравнение гравитационного осаждения капли имеет вид [9]:The equation of gravitational precipitation of a drop has the form [9]:

Figure 00000008
Figure 00000008

где u - скорость движения капли;where u is the velocity of the droplet;

t - время;t is the time;

CD - коэффициент сопротивления;C D is the resistance coefficient;

Sm - площадь миделева сечения капли.S m is the area of the mid-section of the drop.

Для стационарного режима осаждения (du/dt=0) с учетом

Figure 00000009
из уравнения (6) следует формула для скорости осаждения капли:For the stationary deposition mode (du / dt = 0) taking into account
Figure 00000009
from equation (6) follows the formula for the droplet deposition rate:

Figure 00000010
Figure 00000010

Для капли жидкости реализуется автомодельный режим осаждения, при котором CD=const=0.44 [10]. Подставляя в (7) CD=0.44, g=9.80665 м/с2,

Figure 00000011
,
Figure 00000012
получим выражение для скорости стационарного осаждения каплиFor a liquid drop, a self-similar deposition mode is realized, in which C D = const = 0.44 [10]. Substituting in (7) C D = 0.44, g = 9.80665 m / s 2 ,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
we obtain the expression for the rate of stationary deposition of a drop

Figure 00000013
Figure 00000013

где [u]=м/с,

Figure 00000014
, [R0]=м.where [u] = m / s,
Figure 00000014
, [R 0 ] = m.

На начальном участке траектории капля движется с ускорением и достигает скорости

Figure 00000015
через определенный промежуток времени. Для расчета динамики изменения скорости капли u(t) представим уравнение (6) в безразмерном виде:In the initial section of the trajectory, the drop moves with acceleration and reaches a velocity
Figure 00000015
after a certain period of time. To calculate the dynamics of the drop velocity u (t), we present equation (6) in a dimensionless form:

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
- безразмерная скорость капли;Where
Figure 00000017
- dimensionless droplet velocity;

Figure 00000018
- безразмерное время
Figure 00000019
.
Figure 00000018
- dimensionless time
Figure 00000019
.

Решение дифференциального уравнения (7) с нулевыми граничными условиями (τ=0, y=0) имеет вид:The solution of differential equation (7) with zero boundary conditions (τ = 0, y = 0) has the form:

Figure 00000020
Figure 00000020

График зависимости у(х), рассчитанный по уравнению (10), приведен на Фиг. 1. На начальном участке траектории (при τ≤0.5) аппроксимация зависимости y(τ) (с погрешностью не более 1%) имеет видA plot of y (x) calculated according to equation (10) is shown in FIG. 1. At the initial section of the trajectory (for τ≤0.5), the approximation of the dependence y (τ) (with an error of no more than 1%) has the form

Figure 00000021
Figure 00000021

Расстояние, пройденное каплей, определяется интеграломThe distance covered by the drop is determined by the integral

Figure 00000022
Figure 00000022

где

Figure 00000023
- безразмерное расстояние
Figure 00000024
Where
Figure 00000023
- dimensionless distance
Figure 00000024

Подставляя в (12) зависимость (11) для y(τ) и интегрируя, получимSubstituting in (12) the dependence (11) for y (τ) and integrating, we obtain

Figure 00000025
Figure 00000025

Из (13) можно получить формулу для времени Δt в размерном виде:From (13) we can obtain the formula for the time Δt in dimensional form:

Figure 00000026
Figure 00000026

где Δt - время, за которое капля проходит нагреватель высотой L.where Δt is the time during which a drop passes a heater of height L.

Подставляя ΔR из (5) и Δt из (14) в уравнение (2), получим соотношение (1) для определения скорости испарения группы капель:Substituting ΔR from (5) and Δt from (14) into equation (2), we obtain relation (1) for determining the evaporation rate of a group of drops:

Figure 00000027
Figure 00000027

Пример реализацииImplementation example

Сущность изобретения поясняется схемой установки, реализующей способ измерения скорости испарения группы капель (Фиг. 2). Полый цилиндрический нагреватель выполнен из керамической трубы 1, на внутренней поверхности которой установлены проволочные нихромовые спирали 2, соединенные с источником напряжения (на Фиг. 2 не показан). Длина керамической трубы 1 выбирается такой, чтобы капли не успели полностью испариться при прохождении зоны нагрева. Мерная емкость 3 с набором капилляров одинакового диаметра 4 располагается над верхним срезом керамической трубы 1. В мерную емкость 3 заливается исследуемая жидкость 5. Внутренняя полость 6 мерной емкости 3 соединена с воздушным микрокомпрессором 7 через электропневмоклапан 8, который управляется низкочастотным генератором напряжения 9. Видеокамера 10 установлена на входе керамической трубы 1. Приемная емкость 11 установлена на выходе керамической трубы 1. Температура газа в зоне нагрева керамической трубы 1 контролируется съемными термопарами 12, расположенными по оси керамической трубы 1 на расстоянии 25%, 50% и 75% ее длины. Сигналы от термопар 12 усиливаются усилителем 13 и записываются регистрирующим прибором 14.The invention is illustrated by the installation diagram that implements the method of measuring the evaporation rate of a group of drops (Fig. 2). The hollow cylindrical heater is made of a ceramic pipe 1, on the inner surface of which there are wire nichrome spirals 2 connected to a voltage source (not shown in Fig. 2). The length of the ceramic pipe 1 is chosen so that the droplets do not have time to completely evaporate when passing through the heating zone. The measuring tank 3 with a set of capillaries of the same diameter 4 is located above the upper cut of the ceramic pipe 1. The test liquid 5 is poured into the measuring tank 3. The internal cavity 6 of the measuring tank 3 is connected to the air microcompressor 7 via an electro-pneumatic valve 8, which is controlled by a low-frequency voltage generator 9. Video camera 10 installed at the inlet of the ceramic pipe 1. A receiving tank 11 is installed at the outlet of the ceramic pipe 1. The gas temperature in the heating zone of the ceramic pipe 1 is controlled by removable thermocouples 12 located along the axis of the ceramic pipe 1 at a distance of 25%, 50% and 75% of its length. The signals from thermocouples 12 are amplified by an amplifier 13 and recorded by a recording device 14.

Способ определения скорости испарения группы капель жидкости реализуется следующим образом. На спирали 2 подается напряжение, внутренняя полость керамической трубы 1 прогревается до заданной температуры, контролируемой термопарами 12. После выравнивания температуры по длине керамической трубы 1, термопары 12 удаляются из зоны нагрева. В мерную емкость заливается исследуемая жидкость 5 массой m0, предварительно взвешенная на аналитических весах. Затем включается видеокамера 10 и воздушный микрокомпрессор 7. При подаче импульсов напряжения от генератора 9 на электропневмоклапан 8 в полости 6 мерной емкости 3 возникают импульсы давления, которые приводят к одновременному отрыву капель от срезов капилляров 4. При этом образуется компактная группа монодисперсных капель (Фиг. 3). При многократной подаче импульсов давления в мерную емкость 3 в нагреватель последовательно поступают идентичные группы капель. Начальный размер капель R0 регистрируется видеокамерой 10. Суммарная масса жидкости mк, поступившая в приемную емкость 11 за время измерений, определяется взвешиванием на аналитических весах. По измеренным значениям R0, m0, mк, из соотношения (1) определяется скорость испарения группы капель W для заданных значений

Figure 00000028
, L.The method for determining the evaporation rate of a group of liquid droplets is implemented as follows. Voltage is applied to the spiral 2, the internal cavity of the ceramic pipe 1 is heated to a predetermined temperature controlled by thermocouples 12. After the temperature is aligned along the length of the ceramic pipe 1, thermocouples 12 are removed from the heating zone. The test liquid 5 of mass m 0 , previously weighed on an analytical balance, is poured into the measured container. Then the video camera 10 and the air microcompressor 7 are turned on. When voltage pulses are supplied from the generator 9 to the electro-pneumatic valve 8 in the cavity 6 of the measuring tank 3, pressure pulses occur that lead to the simultaneous separation of the drops from the slices of the capillaries 4. This creates a compact group of monodispersed drops (Fig. 3). When repeatedly applying pressure pulses to the measuring tank 3, identical groups of drops arrive sequentially in the heater. The initial droplet size R 0 is recorded by the video camera 10. The total liquid mass m k received at the receiving tank 11 during the measurement is determined by weighing on an analytical balance. From the measured values of R 0 , m 0 , m k , from the relation (1), the evaporation rate of the droplet group W is determined for the given values
Figure 00000028
, L.

Фотография установки для реализации заявляемого способа приведена на Фиг. 4. В качестве мерной емкости 3 использовался цилиндр из фторопласта, в торце которого устанавливался набор из 9 медицинских игл диаметром 0.8 мм. Иглы формируют группы из 9 капель с начальным радиусом R0=0.77 мм. Полый цилиндрический нагреватель высотой Z=200 мм нагревался до заданной температуры 540°С.A photograph of the apparatus for implementing the inventive method is shown in FIG. 4. As a measured container 3, a fluoroplastic cylinder was used, in the end of which a set of 9 medical needles with a diameter of 0.8 mm was installed. The needles form groups of 9 drops with an initial radius of R 0 = 0.77 mm. A hollow cylindrical heater with a height of Z = 200 mm was heated to a predetermined temperature of 540 ° C.

Реализация способа проведена на примере испарения капель этилового спирта. В мерную емкость 3 заливалось 10 мл этилового спирта (m0=8.08 г). В приемную емкость 11 после испарения в нагревателе, поступило mк=7.07 г спирта. Подставляя измеренные значения параметров в соотношение (1), получимThe implementation of the method is carried out on the example of the evaporation of drops of ethyl alcohol. 10 ml of ethyl alcohol (m 0 = 8.08 g) was poured into a measuring container 3. In the receiving tank 11 after evaporation in the heater, m k = 7.07 g of alcohol was received. Substituting the measured values of the parameters in relation (1), we obtain

Figure 00000029
Figure 00000029

Полученное значение W=0.129 кг/(м2⋅с) согласуется с литературными данными [8] по скорости испарения капель, полученными в близких условиях проведения эксперимента.The obtained value W = 0.129 kg / (m 2 ⋅ s) is consistent with the literature data [8] on the droplet evaporation rate obtained under close experimental conditions.

Приведенный пример доказывает, что при реализации предлагаемого способа определения скорости испарения группы капель достигается положительный эффект, заключающийся в повышении точности определения скорости испарения группы капель за счетThe given example proves that when implementing the proposed method for determining the evaporation rate of a group of drops, a positive effect is achieved, which consists in increasing the accuracy of determining the evaporation rate of a group of drops due to

- формирования идентичных групп монодисперсных капель;- the formation of identical groups of monodisperse drops;

- взвешивания жидкости в мерной и приемной емкостях до и после проведения измерений;- weighing liquids in measuring and receiving tanks before and after measurements;

- многократного прохождения через нагреватель идентичных групп капель;- repeated passage through the heater of identical groups of drops;

- учета переменности скорости осаждения капель.- taking into account the variability of the rate of deposition of droplets.

ЛитератураLiterature

1. Терехов В.И., Пахомов М.А. Тепломассоперенос и гидродинамика в газокапельных потоках. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. - 284 с.1. Terekhov V.I., Pakhomov M.A. Heat and mass transfer and hydrodynamics in gas-droplet flows. - Novosibirsk: Publishing House of NSTU, 2008 .-- 284 p.

2. Волков Р.С., Высокоморная О.В., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Экспериментальное исследование изменения массы капель воды при их движении через высокотемпературные продукты сгорания // Инж.-физ. журн. 2013. Т. 86, №6. С. 1327-1332.2. Volkov RS, Vysokomornaya OV, Kuznetsov GV, Strizhak P.A. An experimental study of the change in the mass of water droplets during their movement through high-temperature combustion products // Engineering Phys. journal 2013.Vol. 86, No. 6. S. 1327-1332.

3. Терехов В.И., Шишкин Н.Е. Экспериментальное исследование испарения капель наножидкости в потоке сухого воздуха // Современная наука. 2011, №2 (7). С. 197-200.3. Terekhov V.I., Shishkin N.E. An experimental study of the evaporation of nanofluid droplets in a stream of dry air // Modern Science. 2011, No.2 (7). S. 197-200.

4. Терехов В.И., Шишкин Н.Е., Ли Х.-К. Влияние поверхностно-активного вещества на испарение водяных капель // Современная наука. 2011, №2 (7). С. 215-219.4. Terekhov V.I., Shishkin N.E., Lee H.-K. The effect of a surfactant on the evaporation of water droplets // Modern Science. 2011, No.2 (7). S. 215-219.

5. АС СССР №1318880, МПК G01N 25/02, Способ определения скорости испарения капель жидкости в потоке газа / Гольдин Г.С., Железнов С.В. - заявл. 03.07.1985; опубл. 23.06.1987 Бюл. №23.5. USSR AS No. 1318880, IPC G01N 25/02, Method for determining the rate of evaporation of liquid droplets in a gas stream / GS Goldin, SV Zheleznov - declared. 07/03/1985; publ. 06/23/1987 Bull. Number 23.

6. Стрижак П.А., Волков Р.С., Забелин М.В., Курисько А.С. Особенности испарения одиночных и полидисперсного потока капель воды в высокотемпературной газовой среде // Фундаментальные исследования. 2014, №9. С. 307-311.6. Strizhak P.A., Volkov R.S., Zabelin M.V., Kurisko A.S. Features of evaporation of a single and polydisperse stream of water droplets in a high-temperature gas medium // Fundamental Research. 2014, No. 9. S. 307-311.

7. Patent China CN 107202812 А, МПК G01N 25/02, Acoustic levitation multi-droplet evaporation and combustion experiment device and method/Wang Wei, Wang Jigang, Wang Xun, Ren Guilong, Kim Zhungliang, He Qiang, Tang Literature. - заявл. 08.09.2016; опубл. 26.09.2017/7. Patent China CN 107202812 A, IPC G01N 25/02, Acoustic levitation multi-droplet evaporation and combustion experiment device and method / Wang Wei, Wang Jigang, Wang Xun, Ren Guilong, Kim Zhungliang, He Qiang, Tang Literature. - declared. 09/08/2016; publ. 09/26/2017 /

8. Высокоморная O.B., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Испарение и трансформация капель и больших массивов жидкости при движении через высокотемпературные газы. - Новосибирск: СО РАН, 2016. - 302 с.8. Arrogant O.B., Kuznetsov GV, Strizhak P.A. Evaporation and transformation of droplets and large masses of liquid when moving through high-temperature gases. - Novosibirsk: SB RAS, 2016 .-- 302 p.

9. Архипов В.А., Усанина А.С. Движение частиц дисперсной фазы в несущей среде: учеб. пособие. - Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2014. - 252 с.9. Arkhipov V.A., Usanina A.S. The motion of particles of the dispersed phase in a carrier medium: textbook. allowance. - Tomsk: Publishing House of Tomsk State University, 2014. - 252 p.

10. Нигматулин Р.И. Движение многофазных сред. Ч. I. - М.: Наука, 1987. - 464 с.10. Nigmatulin R.I. The movement of multiphase media. Part I. - M .: Nauka, 1987 .-- 464 p.

Claims (9)

Способ определения скорости испарения группы капель, включающий измерение изменения размера капель при их прохождении через вертикально расположенный полый цилиндрический нагреватель, отличающийся тем, что группу монодисперсных капель получают путем многократной импульсной подачи жидкости из мерной емкости в полый цилиндрический нагреватель через набор равномерно расположенных капилляров одинакового диаметра с возможностью сбора прошедших через нагреватель капель в приемную емкость, размер капель на входе в нагреватель измеряют с помощью видеосъемки, суммарные массы капель, поступивших в нагреватель и в приемную емкость за время проведения измерений, определяют взвешиванием жидкости в мерной и приемной емкостях, а скорость испарения группы капель определяют из соотношенияA method for determining the evaporation rate of a group of droplets, including measuring the change in droplet size as they pass through a vertically positioned hollow cylindrical heater, characterized in that the group of monodisperse droplets is obtained by repeatedly pulsing liquid from a measuring container into a hollow cylindrical heater through a set of uniformly spaced capillaries of the same diameter with the ability to collect droplets passed through the heater into the receiving tank, the size of the droplets at the heater inlet is measured by video, the total mass of the droplets entering the heater and the receiving tank during the measurement is determined by weighing the liquid in the measuring and receiving containers, and the evaporation rate of the group drops are determined from the ratio
Figure 00000030
Figure 00000030
 где W - скорость испарения группы капель, кг/(м2⋅с);where W is the evaporation rate of the droplet group, kg / (m 2 ⋅ s);
Figure 00000031
- плотность жидкости, кг/м3;
Figure 00000031
- fluid density, kg / m 3 ; R0 - радиус капель на входе в нагреватель, м;R 0 is the radius of the droplets at the inlet to the heater, m; g - ускорение свободного падения, м/с2;g is the acceleration of gravity, m / s 2 ; L - длина цилиндрического нагревателя, м;L is the length of the cylindrical heater, m; mк - суммарная масса жидкости, поступившая в приемную емкость за время проведения измерений, кг;m to - the total mass of liquid received in the receiving tank during the measurement, kg; m0 - суммарная масса жидкости, поступившая в нагреватель за время проведения измерений, кг.m 0 - the total mass of liquid received in the heater during the measurement, kg
RU2019139349A 2019-12-02 2019-12-02 Method of determining the evaporation rate of a group of drops RU2724140C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139349A RU2724140C1 (en) 2019-12-02 2019-12-02 Method of determining the evaporation rate of a group of drops

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139349A RU2724140C1 (en) 2019-12-02 2019-12-02 Method of determining the evaporation rate of a group of drops

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724140C1 true RU2724140C1 (en) 2020-06-22

Family

ID=71135925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139349A RU2724140C1 (en) 2019-12-02 2019-12-02 Method of determining the evaporation rate of a group of drops

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724140C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795373C1 (en) * 2022-11-17 2023-05-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Method for obtaining a compact cluster of monodispere drops of a given size

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU996922A1 (en) * 1981-07-29 1983-02-15 Уральский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького Device for measuring kinetics of liquid drop evaporation in gas flow
SU998931A1 (en) * 1981-07-24 1983-02-23 Уральский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького Method and device for measuring evaporation kinetics of liquid drop
SU1318880A1 (en) * 1985-07-03 1987-06-23 Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений Method of determining vaporization rate of liquid drops in gas flow
CN107202812A (en) * 2016-09-08 2017-09-26 江苏科技大学 A kind of many drop evaporations of acoustic levitation and combustion experimental device and its method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU998931A1 (en) * 1981-07-24 1983-02-23 Уральский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького Method and device for measuring evaporation kinetics of liquid drop
SU996922A1 (en) * 1981-07-29 1983-02-15 Уральский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького Device for measuring kinetics of liquid drop evaporation in gas flow
SU1318880A1 (en) * 1985-07-03 1987-06-23 Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений Method of determining vaporization rate of liquid drops in gas flow
CN107202812A (en) * 2016-09-08 2017-09-26 江苏科技大学 A kind of many drop evaporations of acoustic levitation and combustion experimental device and its method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795373C1 (en) * 2022-11-17 2023-05-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Method for obtaining a compact cluster of monodispere drops of a given size

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Volkov et al. Planar laser-induced fluorescence diagnostics of water droplets heating and evaporation at high-temperature
Adhikari et al. Experimental studies and kinetics of single drop drying and their relevance in drying of sugar‐rich foods: A review
Schertz et al. Thermal and material transport in nonisothermal packed beds
Charlesworth et al. Evaporation from drops containing dissolved solids
Meyers Generation of particles and seeding
Ferrari et al. Drying kinetics for a single droplet of skim-milk
George et al. Detailed numerical analysis of evaporation of a micrometer water droplet suspended on a glass filament
Zhang et al. Mass transfer from a single micro-droplet to a gas flowing at low Reynolds number
RU2724140C1 (en) Method of determining the evaporation rate of a group of drops
Kieviet et al. Air flow, temperature and humidity patterns in a co-current spray dryer: modelling and measurements
Stebel et al. Numerical investigation of the fluid flow distribution for the hydrofluidisation food freezing method
Leong et al. Laboratory measurements of particle capture by evaporating cloud drops
Schweitzer et al. Spray drying of colloidal suspensions: Coupling of particle drying and transport models with experimental validations
Antonov et al. Mathematical simulation of the heat and mass transfer in the movement of liquid droplets in a gas medium under the conditions of their intense phase transformations
Kalman et al. New model to predict the velocity and acceleration of accelerating spherical particles
Bode et al. Numerical prediction of wall shear rate in impinging cross-shaped jet at moderate Reynolds number
Piatkowski et al. Analysis of the mechanism of counter-current spray drying
Volkov et al. Mechanism of liquid drop deformation in subsonic motion in a gaseous medium
RU2719264C1 (en) Device for determining rate of evaporation of droplet
RU2638376C1 (en) Stand for research of deformation of drops with aerodynamic forces
Hong et al. Measurement of residence time distribution of fluid and particles in turbulent flow
Zhao et al. Measurements of multicomponent microdroplet evaporation by using Rainbow Refractometer and PDA
Gueguen et al. Effect of temperature on the hydrodynamics of a fluidized bed circulating in a long tube for a solar energy harvesting application
Lixin et al. Simulation of spray evaporation using pressure and ultrasonic atomizer–a comparative analysis
Zaitone Drying of multiphase single droplets in ultrasonic levitator