Экспериментальное исследование закономерностей испарения капель воды, движущихся последовательно в области высокотемпературных продуктов сгорания

Проведено экспериментальное исследование основных закономерностей испарения группы (двух, трех и четырех) капель воды, движущихся последовательно через высокотемпературные (около 1100 К) газы. Характерные размеры (радиусы) капель (1-3 мм), начальные расстояния между ними (4-36 мм), исходные скорости движения (0,5-2 м/с), а также скорости встречного перемещения высокотемпературных газов (1,5 м/с) варьировались в типичных для перспективных высокотемпературных газопарокапельных приложений диапазонах. С использованием средств высокоскоростной (до 6·105 кадров в секунду) видеорегистрации “Phantom”, программных комплексов “Tema Auto-motive” и “Phantom Camera Control” установлены характерные скорости движения и уменьшение характерных размеров каждой из капель при изменении расстояний между ними в широком диапазоне (от сопоставимых с размерами капель до кратно превышающих их). Определены условия коагуляции капель, их торможения и ускорения в высокотемпературном газовом потоке. Выявлено влияние на интенсивность этих процессов начальных размеров капель, расстояния между ними, начальной температуры жидкости, а также числа капель и траектории их движения во встречном потоке высоко-температурных (около 1000 К) газов. Экспериментально обоснован один из наиболее типичных механизмов коагуляции капель в высокотемпературных газовых средах.

высокотемпературные газы, капли воды, последовательное движение, коагуляция, испарение

1. Корольченко Д. А., Громовой В. Ю., Ворогушин О. О. Применение тонкораспыленной воды для тушения пожаров в высотных зданиях // Вестник МГСУ. - 2011. - № 1-2. - С. 331-335.

2. Соковиков В. В., Тугов А. Н., Гришин В. В., Камышев В. Н. Автоматическое водяное пожаротушение с применением тонкораспыленной воды на электростанциях // Энергетик.-2008.-№ 6. - С. 37-38.

3. Сегаль М. Д. Использование тонкораспыленной воды для повышения противопожарной защиты кабельных сооружений АЭС // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций.-2011.- № 4. - С. 61-64.

4. Виноградов А. Г. Методика расчета экранирующих свойств водяных завес // Пожаровзрывобезопасность. - 2014.- Т. 23, № 1. - С. 45-56.

5. Виноградов А. Г. Применение теории затопленных струй к расчету параметров водяных завес // Пожаровзрывобезопасность. - 2014. - Т. 23, № 5. - С. 76-87.

6. Саламов А. А. Современная система пожаротушения “водяной туман” высокого давления // Энергетик. - 2012.- № 3. - С. 16-18.

7. Терпигорьев В. Водяной туман как средство защиты объектов культуры // Алгоритм безопасности. - 2006.- № 5. - С. 18-20.

8. Westerweel J. Fundamentals of digital particle image velocimetry // Measurement Science and Technology.-1997.- Vol. 8, No. 12. - P. 1379-1392. DOI: 10.1088/0957-0233/8/12/002.

9. Akhmetbekov Y. K., Alekseenko S. V., Dulin V. M., Markovich D. M., Pervunin K. S. Planar fluorescence for round bubble imaging and its application for the study of an axisymmetric two-phase jet // Experiments in Fluids. - 2010.- Vol. 48, No. 4. - P. 615-629. DOI: 10.1007/s00348-009-0797-0.

10. Khalighi B., Lee Y. H. Particle tracking velocimetry: an automatic image processing algorithm // Applied Optics. - 1989.- Vol. 28, No. 20. - P. 4328-4332. DOI: 10.1364/AO.28.004328.

11. Maeda M., Kawaguchi T., Hishida K. Novel interferometric measurement of size and velocity distributions of spherical particles in fluid flows // Measurement Science and Technology.-2000.-Vol. 11, No. 12. - Р. L13-L18. DOI: 10.1088/0957-0233/11/12/101.

12. Glover A. R., Skippon S. M., Boyle R. D. Interferometric laser imaging for droplet sizing: a method for droplet-size measurement in sparse spray systems // Applied Optics.-1995.-Vol. 34, No. 36.-P. 8409-8421. DOI: 10.1364/AO.34.008409.

13. Dehaeck S., Van Parys H., Hubin A., Van Beeck J. P. A. J. Laser marked shadowgraphy: a novel optical planar technique for the study of microbubbles and droplets // Experiments in Fluids. - 2009. - Vol. 47, No. 2. - P. 333-341. DOI: 10.1007/s00348-009-0668-8.

14. Волков Р. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Влияние начальных параметров распыленной воды на характеристики ее движения через встречный поток высокотемпературных газов // Журнал технической физики. - 2014.- Т. 84, № 7. - С. 15-23.

15. Волков Р. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Критериальные выражения для условий торможения и последующего уноса капель воды высокотемпературными газами // Журнал технической физики. - 2015.- Т. 85, № 9. - С. 50-55.

16. Волков Р. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Статистический анализ последствий столкновений двух капель воды при их движении в высокотемпературном газовом потоке // Письма в Журнал технической физики. - 2015.- Т. 41, № 17. - С. 53-60.

17. Волков Р. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Особенности испарения двух капель воды, движущихся последовательно через высокотемпературные продукты сгорания // Теплофизика и аэромеханика. - 2014.- Т. 21, № 2. - С. 269-272.

18. Strizhak P. A. Influence of droplet distribution in a “water slug” on the temperature and concentration of combustion products in its wake // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2013. - Vol. 86, No. 4. - P. 895-904. DOI: 10.1007/s10891-013-0909-9.

19. Janiszewski J. Measurement procedure of ring motion with the use of high speed camera during electromagnetic expansion // Metrology and Measurement Systems. - 2012. - Vol. 19, No. 2. - P. 797-804.

20. Janiszewski J. Ductility of selected metals under electromagnetic ring test loading conditions // International Journal of Solids and Structures. - 2012. - Vol. 49, No. 7-8. - P. 1001-1008. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.01.005.

21. Reyssat É., Chevy F., Biance A.-L., Petitjean L., Quéré D. Shape and instability of free-falling liquid globules //Europhysics Letters.-2007.-Vol. 80, No. 3.-P. 34005.DOI:10.1209/0295- 5075/80/34005.

22. Flock A. K., Guildenbecher D. R., Chen J., Sojka P. E., Bauer H. J. Experimental statistics of droplet trajectory and air flow during aerodynamic fragmentation of liquid drops // International Journal of Multiphase Flow. - 2012.- Vol. 47. - P. 37-49. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2012.06.008.