Влияние концентрации угольной суспензии и температуры газовоздушной среды на процессы соударения капель жидкостей

Abstract

Актуальность. Понимание механизмов взаимодействия капель жидкостей между собой важно для многих промышленно-технических приложений, связанных с решением ряда задач, например, шлакоудаление в высокотемпературной среде, получение компонентов нужной фракции в пищевой промышленности и др. Цель. Установление основных закономерностей взаимодействия капель суспензии в газовоздушной среде при варьировании температуры. Методы. При помощи теневой высокоскоростной видеосъемки определялись основные закономерности процессов бинарного столкновения капель суспензий. Приведены результаты экспериментальных исследований характеристик соударений капель водоугольных суспензий в газовоздушной среде при варьировании температуры среды от 90 до 120 °С. Параметры генерируемых капель: радиус 1,0-2,2 мм, скорость движения 0,5-2,0 м/с. Результаты и выводы. Выделены режимы соударения капель (коагуляция и разрушение), а также определены основные характеристики вторичных фрагментов. Построены карты режимов взаимодействия капель суспензий между собой при варьировании концентрации суспензии, температуры газовоздушной среды и времени нахождения капли-мишени в газовоздушной среде с повышенной температурой. Установлены условия коагуляции капель, а также их интенсивного вторичного измельчения с целью интенсификации их сушки, зажигания и горения в топках котлов. Определено, что повышение температуры газовоздушной среды приводит к существенному изменению размеров и свойств капель, а также к возникновению колебательных явлений. Обосновано, что процесс соударения капель суспензий в газовоздушной среде с повышенной температурой является сложным и многопараметрическим. Его характеристики зависят от совокупности факторов (поверхностного натяжения и вязкости жидкости, размера и формы капель, скорости их движения, плотности и вязкости газовоздушной среды). Получены математические выражения для описания границ режимов исследованных процессов.

Relevance. Understanding the mechanisms of liquid droplets interaction with each other is important for many industrial and technical applications related to solving a range of problems like slag removal in a high-temperature environment, obtaining components of the desired fraction in the food industry, etc. Aim. Establishment of the main patterns of suspension droplets interaction in a gas-air environment with temperature variation. Methods. Using shadow high-speed video recording, the main patterns of the binary collision of suspensions droplets were determined. The paper introduces the results of experimental studies of the coal-water suspensions droplets collisions characteristics in a gas-air environment with a temperature of 90-120°C. Parameters of the generated droplets: radius 1.0-2.2 mm, velocity 0.5-2.0 m/s. Results and conclusions. The authors have determined the modes of suspensions droplets collision (coagulation and separation) and the main characteristics of secondary fragments and constructed the maps of the modes of suspensions droplets interaction with each other when varying the concentration of solid particles in the suspension, the temperature of the gas-air environment and the time the target drop spent in a gas-air environment with an elevated temperature. The conditions were established for the coagulation of droplets, as well as their intensive secondary grinding to intensify their drying, ignition and combustion in boiler furnaces. It was established that an increase in the temperature of the gas-air environment leads to a significant change in the size and properties of droplets, as well as to the occurrence of oscillatory phenomena in the system. It is substantiated that collision of droplets of suspensions in a gas-air environment with elevated temperature is complex and multi-parametric. Its characteristics depend on a combination of factors (surface tension and liquid viscosity, size and shape of droplets, speed of their movement, density and viscosity of gas-air environment). The authors obtained mathematical expressions to describe the boundaries of the modes of the studied processes and schemes for using the results obtained in order to increase the efficiency of the corresponding technological processes