SU1761241A1

SU1761241A1 - Device for water-fuel emulsion producing

Info

Publication number: SU1761241A1
Application number: SU874195947A
Authority: SU
Inventors: Владимир Владимирович Фисенко; Юрий Павлович Скакунов; Олег Владимирович Цибузгин; Андрей Дмитриевич Сиромят; Маргарита Владимировна Кикоть
Original assignee: Одесский Политехнический Институт
Priority date: 1987-02-25
Filing date: 1987-02-25
Publication date: 1992-09-15

Abstract

Изобретение относитс к струйной технике и может быть использовано в энергетической , судостроительной, машиностроительной отрасл х промышленности дл приготовлени высокодисперсныхводотопливных эмульсий. Оно позвол ет упростить технологию и повысить качество эмульсий. Устройство дл приготовлени водотопливных эмульсий содержит камеру смешени 4, по оси которой установлено сопло 1 дл подачи топлива. С камерой смешени посредством цилиндрического канала 3 соединено сопло 2 дл подачи воды. Длина канала составл ет 4-7 его диаметров, канал выполнен на рассто нии от выходной кромки сопл 1 дл подачи топлива, не превышающем 2/3 диаметра сопла 1. Площадь выходного сечени сопла 2 дл подачи воды определ ют по формуле FB (1 -/3 ) F4K, где Рцк - площадь проходного сечени цилиндрического канала , / 0,4 - 0,7. Вода в канале 3 частично вскипает за счет глубокого вакуума и дробитс . После чего инжектируетс в камеру смешени , где происходит смешение и диспергирование компонентов эмульсии. 1 ил. V ЈThe invention relates to inkjet technology and can be used in the energy, shipbuilding, machine building industries for the preparation of highly dispersed water-fuel emulsions. It allows to simplify the technology and improve the quality of emulsions. A device for preparing water-fuel emulsions contains a mixing chamber 4, along the axis of which a fuel nozzle 1 is installed. A nozzle 2 for supplying water is connected to the mixing chamber via a cylindrical channel 3. The channel length is 4-7 diameters, the channel is made at a distance from the exit edge of the nozzles 1 for fuel supply not exceeding 2/3 of the diameter of the nozzle 1. The area of the output section of the nozzle 2 for water supply is determined by the formula FB 3) F4K, where Rtsk is the flow area of the cylindrical channel, /0.4 - 0.7. The water in channel 3 partially boils up due to the high vacuum and is crushed. Then it is injected into the mixing chamber, where the mixing and dispersion of the components of the emulsion take place. 1 il. V Ј

Description

Изобретение относитс к струйной технике и может быть использовано в энергетической , судостроительной и машиностроительной отрасл х промышленности и примен етс дл приготовлени высокодисперсных водотопливных эмульсий .The invention relates to inkjet technology and can be used in the energy, shipbuilding and engineering industries and is used to prepare highly dispersed water-fuel emulsions.

Целью изобретени вл етс упрощение технологии и повышение качества эмульсий.The aim of the invention is to simplify the technology and improve the quality of emulsions.

На чертеже изображено устройство дл приготовлени эмульсий.The drawing shows a device for the preparation of emulsions.

Устройство дл получени водотопливных эмульсий содержит сопло 1 дл подачи топлива, сопло 2 дл подачи воды, цилиндрический канал 3, соедин ющий сопло 2 с камерой смешени 4.A device for producing water-fuel emulsions comprises a nozzle 1 for supplying fuel, a nozzle 2 for supplying water, a cylindrical channel 3, connecting the nozzle 2 with the mixing chamber 4.

Число сопел 2 дл подачи воды и число цилиндрических каналов 3 выбираютс произвольно . Цилиндрические каналы выполнены на рассто нии от выходной кромки сопла 1, составл ющем менее 2/3 диаметра упом нутого сопла. Длина каждого канала 3 равна 4-7 его диаметрам. Площадь выходного сечени сопла 2 дл подачи воды определ ют из выражени FB (1 /) цк, где Рцк - площадь проходного сечени цилиндрического канала,The number of nozzles 2 for supplying water and the number of cylindrical channels 3 are arbitrary. The cylindrical channels are provided at a distance from the exit edge of the nozzle 1, which is less than 2/3 of the diameter of said nozzle. The length of each channel 3 is 4-7 times its diameter. The area of the outlet section of the nozzle 2 for supplying water is determined from the expression FB (1 /) cc, where Psc is the area of the flow section of the cylindrical channel,

,4-0,7.4-0.7.

XI ONXi on

N5 N5

Работает устройство следующим образом .The device works as follows.

Жидкое топливо под давлением подаетс в сопло 1, где за счет геометрии сопла 1 (сужающеес сопло) ускор етс , а за выходной кромкой сопла поток топлива сужаетс и на рассто нии, равном 1/2 диаметра сопла 1, площадь его поперечного сечени минимальна.The liquid fuel under pressure is fed to the nozzle 1, where due to the geometry of the nozzle 1 (the tapering nozzle) is accelerated, and behind the exit edge of the nozzle the fuel flow is narrowed and at a distance of 1/2 the diameter of the nozzle 1, its cross-sectional area is minimal.

В зоне пережима струи в пристеночном слое наблюдаетс интенсивное вихревое движение жидкости.An intense vortex motion of the fluid is observed in the zone of pinching of the jet in the wall layer.

К-роме того, по закону сохранени энергии вследствие увеличени скорости потока топлива, давление его падает и за выходной кромкой сопла 1 образуетс зона вакуума, в которую инжектируетс вода. Причем, вследствие того, что давление насыщени топлива меньше давлени насыщени воды, вакуум можно увеличивать до давлени насыщени топлива.Moreover, according to the law of energy conservation due to an increase in the flow rate of the fuel, its pressure drops and behind the exit edge of the nozzle 1 a vacuum zone is formed into which water is injected. Moreover, due to the fact that the saturation pressure of the fuel is less than the saturation pressure of water, the vacuum can be increased up to the saturation pressure of the fuel.

Вода при атмосферном давлении подаетс в сопло 2, где ускор етс . Диаметр сопла 2 дл подачи воды вычисл етс по формулеWater at atmospheric pressure is fed to the nozzle 2, where it is accelerated. The diameter of the nozzle 2 for water supply is calculated by the formula

dB«dB "

V 4FUK (1 -/37 тгV 4FUK (1 - / 37 tg

ПP

где Рцк - площадь проходного сечени цилиндрического канала,where Рцк is the area of the through passage of the cylindrical channel,

,4-0,7.4-0.7.

При / 0,4 площадь поперечного сечени выходного среза сопла 2 так велика, что не происходит интенсивного дроблени потока воды. При {$ 0,7 площадь так мала, что количество проход щей через сопло воды ограничивает содержание воды в эмульсии , оптимально /3 0,5, За счет того, что давление в цилиндрическом канале 3 ниже давлени насыщени , вода за выходной кромкой сопла 2, частично вскипает, при этом резко увеличиваетс объем вод ного компонента и происходит дробление воды. Число каналов выбираетс произвольно. Каналы расположены в одной плоскости, перпендикул рно оси камеры смешени и равномерно распределены по окружности камеры смешени .At / 0.4, the cross-sectional area of the exit slice of the nozzle 2 is so large that there is no intensive crushing of the water flow. At {$ 0.7, the area is so small that the amount of water passing through the nozzle limits the water content in the emulsion, optimally / 3 0.5. Due to the fact that the pressure in the cylindrical channel 3 is lower than the saturation pressure, the water behind the exit edge of the nozzle 2 partially boils, this dramatically increases the volume of the water component and the fragmentation of water occurs. The number of channels is arbitrary. The channels are located in the same plane, perpendicular to the axis of the mixing chamber, and are evenly distributed around the circumference of the mixing chamber.

По длине канала давление уменьшаетс , следовательно, увеличиваетс паросо- держание паровод ной смеси и продолжаетс дробление воды. В результате в цилиндрической части канала реализуетс капельный режим течени , причем размер капель не превышает 2-3 мкм. Длина цилиндрического канала выбираетс в пределах от 4 до 7 диаметров канала. При длине меньше 5 диаметров вода, проход по длине канала до камеры смешени , не успевает раздробитьс на достаточно мелкие капли. При более,большей 7 диаметров ка- нала7 пар конденсируетс , что ухудшает дробление. Экспериментально получено,Along the length of the channel, the pressure decreases, consequently, the steam content of the water-vapor mixture increases, and the fragmentation of water continues. As a result, a droplet flow regime is realized in the cylindrical part of the channel, and the size of the droplets does not exceed 2-3 µm. The length of the cylindrical channel is selected from 4 to 7 channel diameters. With a length of less than 5 diameters of water, the passage along the length of the channel to the mixing chamber does not have time to break up into sufficiently small drops. With a larger diameter of more than 7 diameters of channel 7, steam condenses, which impairs crushing. Experimentally obtained

что оптимальной вл етс длина, равна п ти диаметрам цилиндрического канала.that the optimum length is equal to five diameters of the cylindrical channel.

Устройство спроектировано таким образом , что вода радиально подсасываетс в зону пережати струи топлива и наиболееThe device is designed in such a way that water is radially sucked into the zone of compression of the jet of fuel and most

интенсивного вихревого движени потока топлива.intense vortex movement of the fuel flow.

Радиальный подвод воды улучшает условие дл среза струй компонентов, что также способствует капельному режимуRadial water supply improves the condition for cutting component streams, which also contributes to drip mode

течени вод ного компонента. При попадании паровод ной смеси в зону наибольшей кавитации объем смеси увеличиваетс за счет максимального при данных услови х парообразовани , и происходит проникновение потока смеси в глубь потока топлива. Проникновение тем более глубокое, что поперечное сечение потока топлива здесь минимально . В результате этого достигаетс интенсивное перемешивание компонентов.water component flow. When a steam / water mixture enters the zone of greatest cavitation, the volume of the mixture increases due to the maximum vaporization under these conditions, and the mixture flows into the depth of the fuel flow. The penetration is all the more profound because the cross-section of the fuel flow is minimal here. As a result, intense mixing of the components is achieved.

Рассто ние от выходной кромки сопла 1 до цилиндрического канала выбирают, ориентиру сь на то, что вихревое движение потока топлива способствует эмульгированию, оно находитс в пределах до 2/3 диаметраThe distance from the exit edge of the nozzle 1 to the cylindrical channel is selected, orienting to the fact that the vortex movement of the fuel flow contributes to emulsification, it is in the range of up to 2/3 of the diameter

сопла 1. При рассто нии, стрем щимс к нулю, паровод на смесь.,увлекаема потоком топлива, проходит и зону максимальной турбулизации потока топлива. Если рассто ние больше 2/3 диаметра сопла 1, паровод на смесь не попадает в зону пережима струи топлива, что ухудшает результаты смешени . Наилучшие результаты получаютс при рассто нии, равном половине диаметра сопла 1.nozzles 1. At a distance that tends to zero, the steam pipe to the mixture, carried away by the fuel flow, passes through the zone of maximum turbulence in the fuel flow. If the distance is greater than 2/3 of the diameter of the nozzle 1, the steam duct on the mixture does not enter the pinch zone of the fuel jet, which impairs mixing results. The best results are obtained at a distance equal to half the diameter of the nozzle 1.

При этом по всему сечению камеры смешени организуетс сверхзвуковой режим течени (скорость звука в парожидкост- ной смеси очень мала).At the same time, a supersonic flow regime is organized over the entire cross section of the mixing chamber (the speed of sound in the vapor – liquid mixture is very small).

При дальнейшем движении двухфазнойWith further movement of the two-phase

двухкомпонентной среды в камере смешени возникает скачок уплотнени , в котором происходит конденсаци паровой фазы,a two-component medium in the mixing chamber, a shock occurs in which the vapor phase condenses,

В результате лавинообразного схлопы- вани пузырей в скачке происходит резкоеAs a result of the avalanche-like collapse of bubbles in the jump, a sharp

повышение давлени . Скачок переводит сверхзвуковой режим течени и дозвуковой, и одновременно в зоне повышени давлени осуществл етс переход от двухфазной газожидкостной структуры потока к однофазной жидкой структуре.pressure increase. The jump translates the supersonic flow regime and subsonic, and at the same time, in the zone of pressure increase, a transition occurs from the two-phase gas-liquid flow structure to the single-phase liquid structure.

Во врем конденсации пара и особенно в скачке давлени при схлопывании паровых пузырей завершаетс диспергирование .During steam condensation, and especially in the pressure surge when the vapor bubbles collapse, dispersion is completed.

Пример. Воду при t 20°C и атмосферном давлении подают в сопло 2. Дизельное топливо под давлением 5 ата подают в сопло 1.Example. Water at t 20 ° C and atmospheric pressure is fed to nozzle 2. Diesel fuel under pressure of 5 atm is fed to nozzle 1.

Топливо под давлением 5 ата в сопле 1 ускор етс и за выходной кромкой сопла 1 образуетс вакуум, куда инжектируют при температуре 20°С предварительно раздробленную до 2 - 3 мкм воду. В результате на выходе устройства образуетс водо- топливна эмульси с капл ми воды размером 2 мкм. При этом содержание воды 30% в эмульсии обеспечиваетс диаметром сопла дл подачи топлива 3,9 мм и диаметром цилиндрического канала 2,5 мм (всего каналов 3). Расход топлива 600 кг/ч.The fuel under the pressure of 5 ATA in the nozzle 1 is accelerated and a vacuum is formed behind the exit edge of the nozzle 1, where injected at the temperature of 20 ° C water previously crushed to 2–3 µm. As a result, a water-fuel emulsion is formed at the outlet of the device with water droplets of 2 µm in size. At the same time, the water content of 30% in the emulsion is provided by the nozzle diameter for the fuel supply of 3.9 mm and the diameter of the cylindrical channel 2.5 mm (total channels 3). Fuel consumption 600 kg / h.

Получаема эмульси имеет высокодисперсную однородную структуру.The resulting emulsion has a highly homogeneous structure.

Claims

Apparatus of the Invention A device for producing water-fuel emulsions comprising a mixing chamber, a nozzle mounted along the axis of the chamber.

for supplying fuel, a nozzle for supplying water, characterized in that, in order to simplify the technology and improve the quality of the emulsions, the nozzle for supplying water is connected to the mixing chamber by

a cylindrical channel formed at a distance from the exit edge of the fuel nozzle, which is less than 2/3 of its diameter, the length of the channel is 4-7 times its diameter, and the area of the output section

nozzles for water supply are determined from the expression FB (1- /) РЦк, where РЦК is the cross-sectional area of the cylindrical channel, / 8 0.4-0.7.

echlla /