ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ ФОРСУНКИ ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ СУСПЕНЗИИ ПРОТРАВЛИВАТЕЛЯ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты теоретических исследований по определению параметров разработанной форсунки исходя из условия обеспечения по производительности, площади и качества распыла. Выведены зависимости качества распыляемой суспензии протравливателя, производительности форсунки от его параметров и режима работы.

АBSTRACT

The article presents the results of theoretical studies to determine the parameters of the developed nozzle based on the conditions of ensuring the performance, area and quality of the spray. The dependences of the quality of the sprayed suspension of the etchant, the performance of the nozzle on its parameters and operating mode are derived.

Ключевые слова: суспензия, форсунка, семена, мешалка, разбрызгивания, капля, производительность.

Keywords: suspension, nozzle, seeds, agitator, spray, drop, productivity.

Введение. Разработано приспособление для разрыхления посевных семян и разбрызгивания рабочей суспензии в цилиндрической мешалке, которая изготовлена на дочернем предприятии ООО "РИМ Устахонаси" Научного центра АО “Пахтасаноат илмий маркази”, предварительные испытание которого показали заметное улучшение качества протравленных посевных семян (рис. 1) [1, 2, 3].

По предварительным рассуждениям считается, что высокое качество разбрызгивания будет при местонахождении распылителя в корпусе цилиндрической мешалки, предположительно с установкой форсунок в количестве 3 шт. При этом распушенные по объему посевные семена в процессе падения полностью пересекают плоскость площади распыла образованными тремя форсунками.

Результаты исследований. Для проведения расчетов зададимся площадью, которая должна покрывать форсунка, обозначим ее как . Допустим, что в эту площадь попадает определённое количество семян от всей массы выразим, которое выразим через . В зависимости от расположения форсунки меняется и форма площади распыления. При различных расположениях форсунки соответственно и площадь распыла будет меняться.

1-                бункер, 2-разбрызгиватель семян, 3- цилиндрическая мешалка, 4- форсунка. 5-комфузор

Рисунок 1. Схема приспособления для разрыхления посевных семян и разбризгивания рабочей суспензии в цилиндрической мешалке

Площадь опыление зависит от геометрической формы форсунки, форма площади распыла может быть виде окружности, или эллиптическая.

Аэрозольное или туманообразное распыление будет зависеть от площади распыла. Для определения типа распыла определим средний диаметр капель[4]:

                                                          (1)

где - расход общего объема капель, м³/мин;

- производительность покрытию площадью каплями м²/мин.

Опускаясь вниз и попадая на семя, капли покрывают некоторый его объем, но так как семена находятся в куче располагаются хаотично капли должны покрыть их, проблема в том, что не все семена находятся на поверхности, некоторые из них лежат под другими. В таком случае надо обязательно учесть и эффект смачивания семени. Для определения оптимального размера капли определим значение числа Вебера, формула которого выглядит в следующем виде[5]:

                                                       (2)

где -плотность, кг/м³;

-коэффициент поверхностного натяжения;

-характеристическая длина, м;

- скорость капли, м/с.

Для распадения капли должно быть больше 11 [5].

Таким образом, изменяя скорость и характеристическую длину мы можем регулировать процесс распадение капель и изменять их размер. Для определение характеристической длины зададимся с какой высоты будет происходить распыл. Допустим, что капля при свободном падении вниз под собственные силы тяжести имеет форму шара. Высоту падения капли обозначим через h. Отсюда следует, что на каплю действуют две силы: сила тяжести капля и сопротивления воздуха падению.

Уравнения действия сил на каплю представим в следующем виде:

                                 (3)

Преобразуем уравнение (3) в дифференциальный вид, так как с учетом падения скорость будет увеличиваться.

                                             (4)

Введем следующие обозначение

                                                         (5)

Преобразуем уравнение (4) к следующему виду:

                                                   (6)

После преобразования уравнения (6) получиться следующий вид:

                                                     (7)

Проинтегрировав обе части выражения (7) получим:

                                         (8)

При начальных данных x=0, v=0  , затем подставив в (8), получим после некоторого преобразования уравнение из которого найдем , которое будет выражена в следующем виде:

                                                 (9)

Объединим выражение (2) с (9) и заменив Вебера, чтобы капля разрушалась, а также с учетом высоту с которой падает капля на h получим следующие:

                                              (10)

После подставки вместо a значения из выражения (5) в выражение (10) и заменив силу тяжести через объемную характеристику и приняв остальные постоянные получим следующий вид выражения 

                                          (11)

Исходя из уравнения (11) численным методом можно определит размер капель, с какой высоты они начнут, чтобы имело свойство смачивания. Таким образом мы можем определить геометрическое место форсунки и определить производительность форсунки по площади подставляя эти значение в выражение (11).

Теперь рассмотрим площадь распыления, покрываемую форсункой. Площадь, покрываемая форсункой, зависит от угла наклона ее оси в горизонтальной поверхности, давления, от количества и скорости подачи воздуха к форсунке и угла распыла.

Для начала определим дальность полета струи после выхода из форсунки с учетом сопротивления воздуха.

Для чего введём прямоугольную систему координат так как в начальный момент времени капля массой m начинает двигаться с начальной скоростью -

- вектор начальной скорости.

Разложим этот вектор по базису:

                                                                          (12)

Здесь-           ,                         ,

где - модуль вектора скорости,

- угол вылета капли относительно горизонта.

Представим ускорение, как  ;

в таком случае   ,

где:- это равнодействующая всех сил, действующая на каплю жидкости.

Так как на каплю действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха, то можно написать следующие выражение:

  .                                                                     (13)

Допустим, что сила сопротивления воздуха противоположно направлена с вектором скорости, и её величина пропорциональна скорости, то выразим ее через:

                                                                              (14)

В таком случае уравнение движение капли можно представить в следующем виде:

                                                                       (15)

Преобразуем выражение (15) к следующему виду:

                                                                       (16)

Запишем это равенство в скалярном виде:

Мы получили два линейных дифференциальных уравнения. После решения обоих уравнений можно прийти к следующему виду:

                                                                      (17)

                                                           (18)

Найдём значение x и y из уравнений (17) и (18), для чего проинтегрируем оба уравнения.

                                        (19)

Конечно нас интересует по большой степени координата y, которое определят перемещение капли относительно форсунки, что в последствии характеризует площадь покрытия.  

Чтобы определился характеристики площади покрытия, при начальной скорости, определим производительность форсунки. Допустим, что у нас имеется некоторое масса семена, обозначим его через . Для упрощения расчета примем, что все семена имеет одинакового геометрического размера, то есть имеют одинаковую площадь поверхности и вес .

Общую поверхность семени обозначим через  и заменим форму семени шаром с эквивалентной площадью поверхности.  Допусти, что семена должно покрыться толщиной слоя суспензии равным k. Общий объем суспензии, приходящий на одно семя, можно вычислить по следующей формуле:

                                          (20)

Зададимся, что эту массу семян надо протравить за время ,  тогда производительность форсунки по рабочей суспензии протравливателя выражается следующей формулой :

              (21)

Выводы. Из проделанного теоретического исследования можно заключить, что при обеспечении качественного распыла необходимая производительность форсунки завысить от конструктивных параметров форсунки, режима его работы и от производительности протравливателя по семенам. Необходимо проведение практических экспериментальных исследований по уточнению конструктивных параметров и режимов работы разработанной форсунки.

Список литературы:

1. Бородин В.А., Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Ягодкин В.И. Распыливание жидкостей. —М.: Машиностроение, 1967.— С.263.
2. Патент на полезную модель UZ FAP 01596, Смеситель с протравлением посевных семян // Кулиев Т., Сабиров К., Акрамов А., Эсанов А. // 31.03.2021г.
3. Наз М.Я., Сулейман С.А., Эриваджуди Б., Кузилати Кушаари Визуализация распада струи горячего водного аэрозоля, инициированного коническими форсунками. Прикладная механика и техническая физика.  - Т.:Мехнат, 2015. №-2, - С.56.
4. Эсанов А.А., Кулматов И.Т., Акрамов А.А. Результаты     лабораторных опытов по выбору форсунку для протравливателя опушенных посевных семян хлопчатника// Ишлаб чиқаришнинг техник, мухандислик ва техналогик муамолари иновацион ечимлари: тезисы респ.конф., (1-е изд. Диззак 2021 г.) -Джиззак, 2021. – С.305-309.
5. Эсанов А.А., Қ. Сабиров, А.А. Акрамов.  ЗС русумли чигитни омборга юклаш қурилмасида уруғлик чигитни дорилаб қориштириш. //Машинашуносликнинг долзарб муаммолари ва уларнинг ечими: , тезисы респ.конф., - Тошкент, 2019 й,  - С.61-63.