CC BY
33
УДК 629.76
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ, ОБРАЗОВАННОГО ПУТЁМ РАСПЫЛИВАНИЯ ЖИДКОСТИ ПРОДУКТАМИ СГОРАНИЯ РАКЕТНОЙ КАМЕРЫ
© 2009 С.В. Епищенко, А.Н. Первышин
Самарский государственный аэрокосмический университет
Поступила в редакцию 27.02.2009
Проведена оценка параметров огнетушащего аэрозоля и возможного регулирования его дисперсности путём изменения места ввода жидкости в поток продуктов сгорания. Ключевые слова: оценка, огнетушащий аэрозоль, ракетная камера, сопло.
Высокая концентрация энергии в струе ракетной камеры может использоваться при тушении пожаров. Авторами предложена возможность получения огнетушащего аэрозоля путём организации распыливания, потоком продуктов сгорания, жидкости, поступающей в конфузор сопла ракетной камеры через капилляр.
При истечении жидкости из капилляра в сопло, происходит её дробление ускоряющимся потоком продуктов сгорания. При этом на выходе из сопла ракетной камеры, формируется структура пожаротушащей струи, состоящая из продуктов сгорания и диспергированной жидкости.
Для оперативного формирования аэрозольных струй, при тушении пожаров разных классов, в устройство заложено дистанционное изменение размеров капель аэрозоля, за счёт перемещения капилляра жидкости вдоль оси сопла ракетной камеры [1]. Это позволяет в широких пределах изменять: температуру, дисперсность аэрозоля, дальнобольность огнетушащей струи.
По методикам, изложенным в публикациях [2, 3, 5], определим условия формирования огнетушащего аэрозоля с каплями жидкости диаметром 50; 100; 300 мкм, а также скорость капель в минимальном сечении сопла, время пролёта капли от среза капилляра до минимального сечения сопла, количество испарившейся части балласта жидкости и влияние испарившейся части на теп-лофизические параметры продуктов сгорания .
Номинальные параметры генератора мелкодисперсного аэрозоля: коэффициент избытка окислителя а = 0,8; массовый расход топлива та = 10103 кг/с; массовый расход жидкости т ж = 2010-3 кг/ с, являются характерными для технологических генераторов сверхзвуковых струй [4]. В этом случае термодинамические параметры продуктов сго-
Епищенко Сергей Владимирович, аспирант. Тел. (846) 267-45-73
Первышин Александр Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой. Тел. (846) 267-45-73
рания к = 1,234; мк = 27,64 кг/кмоль; Тк= 2175 К.
Конструкция сопловой части генератора мелкодисперсного аэрозоля и устройство ввода жидкости представлены на (рис. 1).
Скорость продуктов сгорания са0, необходимая для получения капель жидкости с заданными диаметрами и положение капилляра относительно минимального сечения, Д х определяются по методике [2]. Диаметр живого сечения сопла в месте ввода жидкости определяется с учётом наличия капилляра по уравнению (1).
Оа=П( - < ), (1)
где Ох - внутренний диаметр сопла, в месте ввода жидкости, мм;
йк - наружный диаметр капилляра, мм.
Полученные значения приведены в табл. 1.
Зависимость диаметра капель в месте ввода жидкости, от расстояния от капилляра до минимального сечения сопла ракетной камеры Д х представлена на (рис. 2).
Рис. 2 показывает, что с увеличением расстояния от места ввода жидкости через капилляр до минимального сечения сопла, наблюдается увеличение диаметра капель. Данный процесс происходит за счёт снижения скорости продуктов сгорания и как следствие увеличения скольжения капель жидкости в потоке, то есть происходит переход распыливания жидкости в режим симметричных колебаний.
' х
Рис. 1. Сопло генератора мелкодисперсного аэрозоля с устройством ввода жидкости
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 11, №3,2009
Таблица 1. Основные расчётные параметры для определения диспергирования
мм (а0, м/с Ба, мм А х, мм
0,05 390 7,84 5,95
0,1 160 11,32 14,0
0,3 67 16,06 25,8
О 5 10 15 20 25 Л л*, мм 5 10 15 20 25 Ах, мм
Рис. 2. Зависимость диаметра капель Рис. 3. Зависимость скорости продуктов
от положения капилляра сгорания от положения капилляра
Зависимость скорости продуктов сгорания (а0, в месте ввода жидкости от расстояния до минимального сечения сопла представлена на (рис. 3)
Чтобы оценить возможности регулирования дисперсности распыла и состава аэрозоля необходимо определить интенсивность испарения балласта и влияние испарившейся части на температуру струи, в зависимости от места ввода жидкости. Для решения поставленной задачи, зная скорость продуктов сгорания в минимальном сечении сопла р , определим скорость капель жидкости в минимальном сечении сопла (¿кр и время достижения данной скорости А т, для этого воспользуемся методикой, приведённой в [5]. Полученные результаты приведены в табл. 2. Для определения диаметра капли жидкости в минимальном сечении сопла d., массы капель на
IV
участке от места ввода жидкости до минимального сечения сопла, Мг-(0-1), количества капель об-
разующихся при распыливании жидкости N коэффициента балластирования q, температуры торможения смеси продуктов сгорания и испарившейся части в камере Т* воспользуемся методикой, приведённой в статье: "Модель оценки влияния испарения диспергированной жидкости на теплофизические параметры продуктов сгорания ракетной камеры", настоящего сборника.
Полученные результаты приведены в табл. 3.
Зависимости влияния положения капилляра относительно минимального сечения сопла на коэффициент балластирования и на изменение диаметра капель приведены на (рис. 4) и (рис. 5) соответственно.
Увеличение коэффициента балластирования по мере приближения места ввода жидкости к минимальному сечению сопла происходит за счёт увеличения площади испарения капель, вследствие увеличения дисперсности аэрозоля.
Таблица 2. Результаты расчёта скоростных и временных параметров подачи
огнетушащего аэрозоля
А х, мм (гкр, м/с Атт, с (акр ,м/с
5,95 113,3 9,4х10-5 658,9
14,0 108,7 1,9х10-4 682,1
25,8 55,1 5,1х10-4 724,7
Таблица 3. Основные расчётные параметры, определяющие испарение жидкости при взаимодействии с продуктами сгорания
А х, мм ^0, мм ёа, мм М¿(0-1), кг N Ч Т*, К
5,95 0,05 0,0485 1,406х10-6 28800 0,155 947,7
14,0 0,1 0,973 3,776х10-6 7254 0,129 1019
25,8 0,3 0,296 1,02х10-5 2771 0,08 1156
Рис. 4. Зависимость коэффициента балластирования от положения капилляра
Рис.5. Зависимость изменения диаметра капель от положения капилляра
ез: se:
4t.:
5& ,
О 5 10 15 20 25
Рис. 6. Зависимость скорости продуктов сгорания и капель жидкости в минимальном
сечении сопла от положения капилляра
Верхняя кривая на (рис. 5), показывает изменение начального диаметра капель а нижняя кривая конечного диаметра капель в минимальном сечении сопла, от положения капилляра А х. Это позволяет оценить испарение капель в зависимости от А х.
По (рис. 6) можно оценить разность скорости продуктов сгорания Фскр , верхняя кривая и скорости капель жидкости Щкр, в зависимости от места ввода.
Таким образом, проведена физико-математическая оценка параметров огнетушащего аэро-
золя, получаемого при распыливании жидкости продуктами сгорания в сопле ракетной камеры, с целью определения оптимальных параметров ликвидации горения различных классов пожара.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Выбор оптимальных параметров распылённой воды для тушения горючих водонерастворимых жидкостей / А.М. Борович // Сборник научных трудов Пожаротушение на объектах нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: ВНИИПО МВД СССР 1991, с. 58...63.
2. Епищенко С.В., Первышин А.Н. Метод оценки диспергирования в генераторе мелкодисперсного аэрозоля // Известия Самарского научного центра РАН. 2008. Специальный выпуск, с. 76.79.
3. Епищенко С.В., Первышин А.Н. Модель движения монодисперсного газожидкостного потока в трансзвуковой части ракетной камеры // Вестник СГАУ. 2008, с. 121-125.
4. Первышин А. Н. Энергетика струйных технологий / / Проблемы и перспективы развития двигателестро-ения в поволжском регионе: Труды международной научно-технической конференции 17-18.09.1997. Самара: СГАУ. 1997, с. 4.
5. Епищенко С.В., Первышин А.Н. Модель оценки влияния испарения диспергированной жидкости на теп-лофизические параметры продуктов сгорания ракетной камеры // Известия Самарского научного центра РАН. 2009. Т.11. №3. С. 272-282
PHYSICAL AND MATHEMATICAL ESTIMATION OF PARAMETERS FIRE-EXTINGUISHER OF THE AEROSOL FORMED BY NEBULIZE LIQUIDS PRODUCTS OF COMBUSTION OF THE ROCKET CHAMBER
© 2009 S.V. Epishchenko, A.N. Pervishin
Samara State Aerospace University
The estimation of parameters of fire-extinguisher aerosol and possible adjusting of its dispersion is conducted by the change of place of input of liquid in the thread of products of combustion. Keywords: estimation, fire-extinguisher aerosol, rocket chamber, nozzle.
Sergey Epishchenko, Graduate Student. Tel. (846) 267-45-75. Alexander Pervishin, Doctor of Technics, Professor, Head of the Department. Tel. (846) 267-45-75.
