В подведомственном Минобрнауки России Пензенском государственном университете (ПГУ) разработали и запатентовали устройство для распыления жидкостей и порошкообразных материалов, которое может значительно повысить эффективность различных технологических процессов.
Пензенские ученые создали технологию, позволяющую формировать предельно мелкую дисперсию распыляемой среды за счет увеличения скорости вылета струи. Ноу-хау найдет применение в металлообработке, системах охлаждения, пылеподавлении в шахтах и в пожаротушении.
Процесс распыления широко применяется в различных сферах — от бытовых нужд до сложных промышленных технологий. Одним из ключевых параметров является дисперсность частиц, то есть степень их измельченности. Чем мельче капли, тем выше эффективность процесса.
Во многих задачах требуется минимальная дисперсия.
Например, для обычной окраски стен подойдет стандартный пульверизатор, а для испарительного охлаждения режущего инструмента в металлообработке этого уже недостаточно.
Сейчас в отрасли чаще всего используют устройства, дающие частицы размером 50-100 мкм. Этого явно мало для максимально быстрого отвода тепла, — отмечает один из разработчиков, заведующий кафедрой «Транспортные машины» ПГУ, кандидат технических наук Константин Лебединский.
В ПГУ удалось решить эту проблему. Научный коллектив вуза создал устройство, которое позволяет увеличить скорость вылета распыляемой среды на 20-40% в зависимости от давления подаваемого воздуха, при этом сохраняя высокую степень дисперсности.
Принцип работы устройства основан на использовании вихревых потоков. В конструкции предусмотрена вихревая камера, которая закручивает поток воздуха. Специальная геометрия соплового канала обеспечивает максимальную скорость вылета струи.
Сопловой канал выполнен по касательной под углом 20 градусов относительно оси вращения вихревой камеры. Это значение было выбрано как оптимальное: при увеличении угла скорость струи падает, а при уменьшении растет дисперсность, что не всегда необходимо.
Внутренняя поверхность дна вихревой камеры выполнена из гидрофильного материала и расположена под углом 30 градусов к нижней поверхности камеры. Так нам удается снизить затраты энергии струи на эжектирование среды и дополнительно увеличить скорость вылета, — поясняет Константин Лебединский.
Устройство способно работать не только с водой, но и с различными растворами, суспензиями и агрессивными средами, а также с порошкообразными материалами.
В ПГУ был создан прототип устройства и проведены экспериментальные испытания. Для оценки степени дисперсности исследователи использовали оптические методы: распыленную жидкость наносили на предметные стекла, смазанные маслом, и оценивали количество и размер образовавшихся капель под микроскопом.
Испытания подтвердили, что скорость вылета среды действительно увеличилась на 20-40%, а дисперсность получилась на заданном уровне, — добавил Константин Лебединский.
Разработчики отмечают, что в металлообработке устройство может эффективно использоваться для испарительного охлаждения зоны резания. Мелкие капли быстрее испаряются и интенсивнее отбирают тепло, защищая инструмент от перегрева.
Кроме того, применение такого распылителя в системах кондиционирования и других испарительных устройствах повысит их энергоэффективность. Особенно перспективной областью применения является пылеподавление в горных выработках и шахтах.
Наше устройство способно распылять микроскопические частицы, а значит, пыль в горных выработках можно будет осаждать намного лучше, — уверен Константин Лебединский.
Фото: ПГУ
Источник: Минобрнауки России
