Enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area
We have carried out an experimental investigation of the zones of drip irrigation which are formed in the course of liquid atomization by centrifugal atomizers. We studied both a single atomizer and two atomizers with oppositely directed spray cones. It has been shown that using the technology of op...
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/282 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871103466133258240 |
|---|---|
| author | Dubrovskyi Підвисоцький Bashtovyi A.I. |
| author_facet | Dubrovskyi Підвисоцький Bashtovyi A.I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Dubrovskyi ",
"institution": null
},
{
"author": "Підвисоцький ",
"institution": null
},
{
"author": " Bashtovyi A.I.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Dubrovskyi |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:35Z |
| description | We have carried out an experimental investigation of the zones of drip irrigation which are formed in the course of liquid atomization by centrifugal atomizers. We studied both a single atomizer and two atomizers with oppositely directed spray cones. It has been shown that using the technology of oppositely directed sprays leads to a considerable increase in the area of drip irrigation. We have also studied the factors that affect the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area. |
| first_indexed | 2026-03-24T02:01:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
76 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №13/2006
Ефективність роботи випаровувальних гра-
дирень, в яких рідинна та газова фази рухаються
у протилежних напрямах, залежить не лише від
параметрів циркуляційної технологічної рідини
(витрати і температури), а й від стану навколиш-
нього повітряного середовища. При цьому важ-
ливу роль у процесі випаровувального охолод-
ження відіграють швидкість висхідного потоку
повітря та її розподіл у просторі градирні. Не
менш важливо у градирнях, які базуються на вза-
ємодії зустрічних потоків води і працюють без
внутрішньо-баштових зрошувачів, рівномірно
розподілити падаючий полідисперсний ан-
самбль крапель за площею градирні. Рівномір-
ний розподіл крапель в об'ємі градирні сприяє
покращанню внутрішньої аеродинаміки градир-
ні, тим самим інтенсифікуючи теплообмінні про-
цеси [1].
У зв'язку з цим було проведено експеримен-
тальні дослідження деяких характеристик розпо-
ділу крапель за площею зрошування, а також
впливу різних факторів на формування зон зро-
шування при розпилюванні рідини з відцентро-
вих форсунок. За своєї специфіки (порожнисний
конусоподібний факел розпилу) відцентрова
форсунка зрошує поверхню у вигляді кільцепо-
дібної зони. На відміну від струменової форсун-
ки, в якій максимальний питомий потік рідини
досягається на осі факела, а при збільшенні від-
стані від осі він монотонно зменшується, у від-
центрової форсунки питомий потік на осі майже
відсутній, і по мірі віддалення від неї спочатку
збільшується, а потім, досягнувши максимуму,
зменшується [2].
На рис. 1 схематично показано кільцеві зо-
ни зрошування К, які утворюються при виті-
канні рідини з одиничної відцентрової форсун-
ки 1 (а) та при взаємодії зустрічних потоків во-
ди з двох форсунок 1 і 2 (б). Форсунки розта-
шовані одна над одною вздовж вертикальної
осі. У випадку (б), коли використовується тех-
нологія диспергування рідини на зустрічних
потоках, як показали проведені нами експери-
менти, зона зрошування помітно більша, ніж у
одиничної форсунки.
При витіканні рідини з відцентрової форсун-
ки після руйнування конусоподібної плівки фа-
кела розпилу краплі, які утворюються, розліта-
ються по обидві сторони самої плівки, утворюю-
чи так званий кут розльоту крапель. Цей кут і
визначає ширину кільцеподібної зони зрошу-
вання. На рис. 2 для одиничної форсунки 1 по-
казано формування кута αр розльоту крапель
при подрібненні плівки. Зауважимо, що при дос-
лідженні форсунок, як і відзначається в літера-
турі [2], було підтверджено, що в середині кута
розльоту крапель (також як і на середині зони
зрошування) кількість розпиленої рідини знач-
но більша, ніж на периферії кута. Кут βм між вер-
тикальною віссю і нижньою границею кута роз-
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ
ГРАДИРНІ ЗА РАХУНОК РЕГУЛЮВАННЯ
РІВНОМІРНОСТІ РОЗПОДІЛУ РОЗПИЛЕНИХ КРАПЕЛЬ
ЗА ПЛОЩЕЮ ЗРОШУВАННЯ
УДК 532.529
В.В. ДУБРОВСЬКИЙ, канд. техн. наук, О.М. ПІДВИСОЦЬКИЙ, канд. техн. наук, А.І. БАШТОВИЙ,
канд. техн. наук (Інститут загальної енергетики НАН України, Київ)
Досліджено зони крапельного зрошування, які утворюються при розпилу рідини відцентровими форсунками.
Показано вплив різних факторів на формування зон зрошування як одиничними форсунками, так і блоками – двома
форсунками, факели розпилу яких спрямовані назустріч один одному.
Рис. 1
ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №13/2006 77
льоту визначає "мертву" зону, вільну від кра-
пель. У процесі експериментів вивчалися кути
розльоту крапель, кути мертвих зон, а також
щільності потоків розпилених крапель у залеж-
ності від геометричних характеристик розпилю-
вальних форсунок та гідродинамічних режимів
витікання.
Для визначення вказаних параметрів розпо-
ділу крапель використовувався аналізатор дис-
персного складу власної розробки [3], принцип
роботи якого базується на лічильно-імпульсно-
му методі вимірювань. У потоці крапель прово-
дили вимірювання частоти замикань торців го-
лок-електродів датчика аналізатора розпилени-
ми краплями при відомий відстані між електро-
дами. При цьому відстань між голками в проце-
сі вимірювання змінювалась покроково. Датчик
аналізатора розташовувався на такій відстані
від форсунок, де завершувалось повне руйну-
вання конусоподібних плівок, і потік розпиле-
ної рідини складався тільки з крапель. Розподіл
крапель у просторі визначався шляхом скану-
вання зон розльоту з проведенням вимірювань
частоти замикань електродів у різних точках зо-
ни. Вважали, що щільність потоку крапель про-
порційна частоті замикань голок-електродів
аналізатора. Границі кута розльоту визначалися
в дослідах аналізатором за частотою замикань,
яка практично дорівнювала нулю, що свідчило
вже про відсутність крапель у зоні вимірюван-
ня. В дослідах використовувались форсунки з
діаметром камери закручування Dк = 50 і 100
мм, різними діаметрами dc та довжинами Lс со-
пел. Варіювалась також від 2,5 до 20 мм величи-
на підтиску h – ширина вхідного потоку в каме-
ру закручування.
Ширина кільця зрошування під форсункою
і відповідна площа мертвої зони під нею зале-
жить від низки факторів. Насамперед, це кут ϕ
розкриття факелу розпилу. Фактори, які впли-
вають на кут розкриття факелу [4], є також
визначальними і для знаходження кутів роз-
льоту крапель і мертвих зон. На рис. 3 як прик-
лад наведено деякі дослідні дані для Dк = 100
мм, довгого сопла (Lс/dс = 0,75), та робочого
тиску P = 0,4 атм ( – h = 2,5 мм, o – h = 20 мм).
Із збільшенням dс кут розльоту крапель збіль-
шується. Збільшення площі вхідного потоку
призводить до зростання αр. На малих діамет-
рах сопел (Dк/dс = 5) кути розльоту були прак-
тично однакові як для довгого (Lс/dс = 0,75),
так і для короткого (Lс/dс = 0,15) сопел. З рос-
том dс (до Dк/dс = 2,22) коротке сопло при ін-
ших рівних умовах давало більший кут розльо-
ту.
На ширину кільця зрошування та кругову
мертву зону під форсункою впливає також швид-
кість витікання рідини з сопла. Зі збільшенням
швидкості внутрішній радіус кільця зрошування
збільшувався.
На кругову рівномірність розподілу рідини
відносно осі факела розпилу впливає ексцен-
триситет між осями сопла та камери закручу-
вання. Але більш істотним є вплив числа вхід-
них каналів у камеру [2]. Наявність лише одно-
го вхідного каналу призводить до суттєвого
зміщення кільця зрошування відносно осі фор-
сунки.
Для забезпечення кращої рівномірності роз-
поділу крапель по площі зрошування треба міні-
мізувати зони, вільні від крапель. Рис. 4 показує
вплив діаметра сопла на зону, вільну від крапель
(Dк = 100 мм; P = 0,4 атм; – Lc/dc = 0,75, h = 2,5
мм; o – Lc/dc = 0,75, h = 20 мм; + – Lc/dc = 0,15,
h = 2,5 мм; ∆ – Lc /dc = 0,15, h = 20 мм). Кут βм
збільшувався із збільшенням dc. Коротке сопло
призводило до більших розмірів мертвої зони. Зі
зменшенням площі вхідного потоку (h = 2,5 мм)
кут βм збільшувався. Зміна робочого тиску
(і, природно, витрати рідини) майже не впливала
на зону, вільну від крапель.
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ
Рис. 2
Рис. 3
78 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №13/2006
В експериментах з блоками двох форсунок із
зустрічними потоками води використовувалися
форсунки з діаметром камери закручування Dк =
50 мм. Роботи проводилися як із двома ідентич-
ними форсунками (верхня 1 та нижня 2, рис. 5),
так і з форсунками, які відрізнялися одна від од-
ної геометричними розмірами. При цьому кути
розкриття для верхньої та нижньої форсунок бу-
ли різними.
Нагадаємо, що за отриманими дослідними
даними [5] було встановлено, що найбільш ін-
тенсивне диспергування рідини і створення
дрібнодисперсної хмари крапель відбувається у
випадку, коли зустрічні конусоподібні факели
розпилу взаємодіють плівками, а не краплями,
коли плівки вже зруйновані. Тому в експери-
ментах відстань Е між форсунками встановлю-
валася такою, за якої забезпечувалася взаємодія
факелів розпилу тільки плівками: як суцільни-
ми – на малих відстанях між соплами, так і
плівками з розривами-кавернами – на більших.
Залежно від того, яка відстань Е встановлюва-
лась між зрізами сопел форсунок, взаємодія
двох потоків відбувалася плівками різної тов-
щини.
Максимальна відстань Еm між зрізами сопел
форсунок у блоці, що гарантує взаємодію плівка-
ми, визначається залежностями
Еm = 2lcos(ϕ/2) (1)
для однакових форсунок та
Еm = l1cos(ϕ1/2) + l2cos(ϕ2/2) (2)
для різних форсунок. Тут l – та ж сама довжина
плівки, що не розпалася, факела розпилу для
однакових форсунок; l1 та l2 – довжини плівок
для різних форсунок; ϕ, ϕ1 та ϕ2 – кути роз-
криття факела розпилу для однакових та різ-
них форсунок. Для довжин плівок, що не роз-
палися, та кутів розкриття факелів розпилу ав-
торами отримані відповідні безрозмірні залеж-
ності.
Для того, щоб розмістити форсунки в блоці на
такій відстані Ег, яка гарантує взаємодію двох фа-
келів розпилу плівками, треба виконати умову
Ег < Еm.
Рис. 6 і рис. 7 ілюструють кути розльоту
крапель, кути мертвих зон і розподіл щільнос-
тей потоків розпилених крапель у блоці при
взаємодії двох зустрічних потоків для однако-
вих та різних форсунок, при однаковій відста-
ні між форсунками Е = 60 мм. Геометричні ха-
рактеристики форсунок були: для однакових
форсунок: dс = 17,5 мм, h = 10 мм, Lс = 10,5 мм;
для різних форсунок: верхня – dс = 12,5 мм, h
= 15 мм, Lс = 12,5 мм; нижня форсунка – dс =
25 мм, h = 5 мм, Lс = 5 мм. Точки на діаграмах
розпилу відповідають точкам розміщення го-
лок-електродів датчика аналізатора і характе-
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 4
ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №13/2006 79
ризують щільність потоку в цих точках. Ос-
новна кількість рідини розпилюється вздовж
твірних конусоподібних факелів. У ідентич-
них форсунок (рис. 6) діаграма розподілу
близька до симетричної по відношенню до ку-
та розльоту, в той час як у різних форсунок
(рис. 7) щільності потоків суттєво різні: був
помітний несиметричний розподіл кількості
розпиленої рідини за кутом розльоту крапель.
Для наведеного приклада у блока форсунок із
різною геометрією (і різними кутами розкрит-
тя факелу) кут розльоту збільшився з 78o до
92o порівняно з блоком однакових форсунок.
Кут мертвої зони у блока різних форсунок
зменшився з 53o до 29o. Але зменшення чи
збільшення кута мертвої зони залежить від то-
го, з якими кутами розкриття факелу розпилу
розміщено форсунки зверху і знизу блока.
Досліди показали, що зі збільшенням відстані
між форсунками кут розльоту крапель у всіх
випадках збільшувався. Збільшення тиску і,
природно, швидкості витікання рідини з фор-
сунки призводить до незначного зменшення
кута розльоту, при цьому кут мертвої зони мо-
же незначно зрости.
Внаслідок обробки експериментальних да-
них було отримано узагальнюючі залежності
для кута αр розльоту крапель при взаємодії двох
потоків і кута βм мертвої зони, вільної від кра-
пель:
де dс
Б та dc
M – відповідно більший та менший діа-
метри сопел форсунок. Кути αр та βм визначають-
ся в градусах. Досліди проводилися при відно-
шенні dc
B/dc
M від 1 до 2. Відстань Е між форсунка-
ми в дослідах була в діапазоні від 60 до 170 мм,
що обумовлено взаємодією потоків плівками, що
не розпалися, довжина яких пов'язана з геомет-
ричними розмірами використаних в експеримен-
тах форсунок.
За допомогою формул (1) – (4) можна розта-
шовувати форсунки в блоці на необхідній від-
стані одна від одної та передбачати характерис-
тики розподілу крапель у просторі градирні за
геометричними параметрами форсунок та режи-
мом витікання рідини при взаємодії зустрічних
потоків.
Для оцінки впливу нерівномірності зрошу-
вання по площі градирні були виконані числові
дослідження за моделлю [6]. Був розглянутий
випадок, коли вся поверхня градирні зрошува-
лася краплями рівномірно та випадок, коли зро-
шувалося тільки 50% її поверхні за інших рів-
них умов. Так, для п'яти фракцій крапель з се-
редніми розмірами δi = 1,4; 1,7; 2; 2,4; 2,8 мм за
початкової температури води 40oС та темпера-
тури повітря 24oС ступінь охолодження води у
випадку нерівномірного зрошування був приб-
лизно на 15% гіршим, ніж при рівномірному
зрошуванні.
В результаті проведених досліджень можна
зробити такі висновки.
Забезпечення рівномірності розподілу розпи-
лених крапель за площею зрошування призво-
дить до підвищення ефективності теплообмінних
процесів у градирні.
При використанні в градирнях відцентрових
форсунок як розпилювальних пристроїв можна
регулювати розміри площ кільцеподібних зон
зрошування, а також зон, вільних від крапель,
базуючись на необхідних геометричних розмі-
рах форсунок та режимах витікання рідини з
них.
Використання технології зустрічних пото-
ків при диспергуванні охолоджуваної рідини
призводить до суттєвого збільшення площі
зрошування порівняно з двома одиничними
форсунками.
Варіюючи геометричними розмірами форсу-
нок, використовуючи у блоках пари однакових або
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ
Рис. 7
(4)
(3)
різних форсунок, а також розміщуючи різні фор-
сунки відповідним чином відносно одна одної,
можна регулювати не лише розміри площ зон зро-
шування і мертвих зон (оптимізуючи тим самим
рівномірність розподілу крапель по об'єму градир-
ні), а й щільність потоків розпилених крапель.
80 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №13/2006
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ
1. Власов А.В., Дашков Г.В., Солодухин А.Д., Фисенко С.П. Исследование внутренней аэродинамики башенной
испарительной градирни // Инженерно-физический журнал. – 2002. – Т. 75. – № 5. – С. 64-68.
2. Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодкин В.И. Распыливание жидкостей. – М.: Машиностроение, 1977. – 208 с.
3. Дубровский В.В., Подвысоцкий А.М., Баштовой А.И. Определение дисперсного состава капель при распыливании
жидкости из центробежной форсунки // Технологія і техніка друкарства. – 2004. – Вип. 2-3. С. 94-99.
4. Дубровский В.В., Подвысоцкий А.М. Экспериментальное исследование процесса истечения жидкости из центробежных
форсунок, предназначенных для градирен // Проблеми загальної енергетики. – 2001. – № 5. – С. 45-48.
5. Dubrovskyy V. V., Podvysotskyy A. M., and Bashtovyy A. I. The effect of geometrical and hydrodynamic parameters of centrifu-
gal atomizers on the disperse composition of a drop ensemble for different modes of liquid atomization // Proc. of the 11th Workshop
on two-phase flow predictions, Merseburg, April 5-8, 2005.
6. Шрайбер А.А., Баштовой А.И. Математическое моделирование тепломасообменных процессов в градирнях нового
поколения // Пром. теплотехника. – Т. 27. – № 5(2005). – С. 28-33.
|
| id | systemreorg-article-282 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:08:38Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/ab/94ac808c9ee4d96ae8f762a0c31d7eab.pdf |
| spelling | systemreorg-article-2822026-07-18T12:57:35Z Enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area Підвищення ефективності роботи градирні за рахунок регулювання рівномірності розподілу розпилених крапель за площею зрошування Dubrovskyi Підвисоцький Bashtovyi A.I. centrifugal atomizer, oppositely directed flows, zone of drip irrigation, uniformity of distribution of atomized drops. відцентрова форсунка, зустрічні потоки, зона зрошування, рівномірність розподілу крапель. We have carried out an experimental investigation of the zones of drip irrigation which are formed in the course of liquid atomization by centrifugal atomizers. We studied both a single atomizer and two atomizers with oppositely directed spray cones. It has been shown that using the technology of oppositely directed sprays leads to a considerable increase in the area of drip irrigation. We have also studied the factors that affect the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area. Досліджено зони крапельного зрошування, які утворюються під час розпилу рідини відцентровими форсунками: як одиничними, так і блоками - двома форсунками, факели розпилу яких спрямовані назустріч один одному. Показано, що застосування технології зустрічних потоків призводить до суттєвого збільшення площі зрошування. Вивчено фактори, які впливають на рівномірність розподілу крапель за площею зрошування. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2006-01-26 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/282 System Research in Energy; No. 1 (13) (2006): The Problems of General Energy; 76-80 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (13) (2006): Проблеми загальної енергетики; 76-80 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/282/229 Copyright (c) 2006 Dubrovskyi , Підвисоцький , Bashtovyi A.I. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | centrifugal atomizer oppositely directed flows zone of drip irrigation uniformity of distribution of atomized drops. Dubrovskyi Підвисоцький Bashtovyi A.I. Enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area |
| title | Enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area |
| title_alt | Підвищення ефективності роботи градирні за рахунок регулювання рівномірності розподілу розпилених крапель за площею зрошування |
| title_full | Enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area |
| title_fullStr | Enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area |
| title_full_unstemmed | Enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area |
| title_short | Enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area |
| title_sort | enhancement of the operation efficiency of a cooling tower at the expense of regulation of the uniformity of distribution of atomized drops over the irrigation area |
| topic | centrifugal atomizer oppositely directed flows zone of drip irrigation uniformity of distribution of atomized drops. |
| topic_facet | centrifugal atomizer oppositely directed flows zone of drip irrigation uniformity of distribution of atomized drops. відцентрова форсунка зустрічні потоки зона зрошування рівномірність розподілу крапель. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/282 |
| work_keys_str_mv | AT dubrovskyi enhancementoftheoperationefficiencyofacoolingtowerattheexpenseofregulationoftheuniformityofdistributionofatomizeddropsovertheirrigationarea AT pídvisocʹkij enhancementoftheoperationefficiencyofacoolingtowerattheexpenseofregulationoftheuniformityofdistributionofatomizeddropsovertheirrigationarea AT bashtovyiai enhancementoftheoperationefficiencyofacoolingtowerattheexpenseofregulationoftheuniformityofdistributionofatomizeddropsovertheirrigationarea AT dubrovskyi pídviŝennâefektivnostírobotigradirnízarahunokregulûvannârívnomírnostírozpodílurozpilenihkrapelʹzaploŝeûzrošuvannâ AT pídvisocʹkij pídviŝennâefektivnostírobotigradirnízarahunokregulûvannârívnomírnostírozpodílurozpilenihkrapelʹzaploŝeûzrošuvannâ AT bashtovyiai pídviŝennâefektivnostírobotigradirnízarahunokregulûvannârívnomírnostírozpodílurozpilenihkrapelʹzaploŝeûzrošuvannâ |