Интерактивная модель факела распыла форсунки

Гидравлика сопла → распыление → баллистика капель → сферизация факела → гравитационный фильтр. Все ключевые ползунки сразу перестраивают не только цифры, но и соответствующие схемы.

Константы модели:
ρw = 998 кг/м³ · ρa = 1.204 кг/м³ · μa = 1.825×10⁻⁵ Па·с · μw = 1.003×10⁻³ Па·с · σ = 72.8 мН/м · g = 9.81 м/с² · ρs = 2650 кг/м³
Что задаём
Напор H
Гидростатический напор на входе
30 м
Диаметр d
Выходной диаметр отверстия сопла
5.0 мм
Коэффициент расхода Cd
Потери в каналах, кромках и завихрителях
0.35
Формулы блока 1
Площадь отверстия: A0 = π d² / 4
Перепад давления: Δp = ρw g H
Средняя скорость: u0 = Q / A0 = 4Q / (π d²)
Коэффициент расхода: Cd = Q / [A0 √(2Δp / ρw)]
Результаты гидравлики
Схема сопла
Как читать блок

Когда меняется d, на схеме видно изменение ширины выходного отверстия. Когда меняется H, растёт перепад давления и скорость истечения.

Re и We даны не ради украшения: они помогают понять, насколько струя склонна к интенсивному распаду на капли.

u0 — скорость истечения Re — режим течения We — склонность к распаду
Параметры распыла
Тип распределения W(n)
Это переход от гидравлики к геометрии факела
Полуугол факела α
Для сферической головки служит скорее как справочный параметр сравнения
40°
Средний диаметр капель d32
Здесь принято простое замыкание: dp = d32
0.30 мм
Испарение капель
Упрощённый закон d²: d²(t)=d²₀−Kₑt, без полного теплового баланса капли
выкл.
Температура воздуха Tair
Используется для давления насыщенного пара в d²-law
20 °C
Относительная влажность RH
100% — испарение практически отключается; сухой воздух усиливает потерю диаметра
50 %
Время визуализации tmax
Ограничивает длину траекторий на рисунке; 0 = авто (полный полёт)
авто
Число отверстий Nh
Используется для многосопловой головки
10 шт
Число рукавов Nr
Одинаковые рукава: суммарный реактивный момент в модели растёт примерно пропорционально Nr
2 шт
Длина рукава Rr
Радиус от оси вращения до L-образного сопла
0.20 м
Угол сопла β
0° — назад по касательной, 90° — радиально, без реактивного момента
35°
Торможение ротора ζ
Сводное торможение подшипника и ротора; в расчёте не умножается на Nr
0.40
Многоярусность
Nr считается числом рукавов на каждом ярусе; общий расход растёт как Nr·Nярусов
Углы ярусов θj
Через запятую, градусы от горизонтали: отрицательные вниз, положительные вверх
−45…+45°
Что считается в блоке 2

Два уровня модели: сначала аналитическое стоксовское приближение R* = ud τp, затем траектории в воздухе с нелинейным сопротивлением капель и корреляцией Шиллера–Наумана.

Так на графике видно и идеализированную сферу из нулевого приближения, и реальную деформацию факела при падении капель.

Численные результаты

Аналитическое приближение Стокса

Нелинейная баллистика капель

Схема траекторий и оболочки факела
сплошные линии — нелинейное гидр. сопротивление штрих — R* заливка — 95% оболочка
траектории капель
теоретическая окружность R*
оболочка по процентилям
Подбор под целевой шар
Тип форсунки / головки
Этот выбор синхронизирован с блоком 2
Целевой диаметр облака D*
Для оценки по формуле R* = D*/2
5.0 м
Число отверстий Nh
Для многосопловой головки
10 шт
Число рукавов Nr
Одинаковые рукава: суммарный реактивный момент в модели растёт примерно пропорционально Nr
2 шт
Длина рукава Rr
Радиус от оси вращения до L-образного сопла
0.20 м
Угол сопла β
0° — назад по касательной, 90° — радиально, без реактивного момента
35°
Торможение ротора ζ
Сводное торможение подшипника и ротора; в расчёте не умножается на Nr
0.40
Многоярусность
Nr считается числом рукавов на каждом ярусе; общий расход растёт как Nr·Nярусов
Углы ярусов θj
Через запятую, градусы от горизонтали: отрицательные вниз, положительные вверх
−45…+45°
Итог по сферизации
Схема направлений и текущей формы
Практические замечания
Параметры отстойника
Расход Q
Производительность через отстойник
0.80 м³/ч
Площадь зеркала As
Именно As определяет q0 = Q / As
0.020 м²
Результаты
Эффективность осаждения по классам крупности
Фракционный состав
мелкие частицы зависят от q0 сильнее всего 1000-2000 мкм в этом диапазоне почти всегда η_s≈100%
Расчётная модель факела распыла форсунки и гравитационного фильтра