Návrh a realizace aerodynamického tunelu pro rozstřikovací trysky

Abstract

Pracovní podmínky atomizérů v reálných operacích v průmyslu a zemědělství se liší od podmínek laboratorních, ve kterých jsou atomizéry testovány. Částečné přiblížení k realističtějším podmínkám nám může poskytnout použití větrného tunelu. Větrný tunel se používá k simulaci okolního proudění. Studium spreje ve větrném tunelu nám poskytne realističtější představu o chování spreje. Tato diplomová práce se zabývá návrhem malého, nízko rychlostního větrného tunelu pro experimenty s tlakovými vířivými tryskami s obtokem v příčném a podélném proudění. Existuje mnoho typů větrných tunelů, ale jako nejvhodnější typ byl zvolen otevřený, výtlačný větrný tunel s uzavřenou testovací sekcí. Výhodou jsou jeho kompaktní rozměry, ochrana částí tunelu před kapičkami spreje a poměrně jednoduchý návrh. Konstrukce větrného tunelu se skládá z několika částí, každá část je zkonstruována tak, aby bylo dosaženo co nejlepší kvality proudu v testovací sekci. Sprej je zkoumán pomocí optických metod Fázové Dopplerovské anemometrie (PDA), Laserové Dopplerovské anemometrie (LDA), Integrální laserová anemometrie (PIV) a pomocí vysokorychlostního záznamu. Tyto optické metody kladou speciální požadavky na konstrukci tunelu, především na konstrukci testovací sekce, která musí umožňovat optický přístup ke spreji a musí být pro tyto měřící techniky uzpůsobena. Rychlost v testovací sekci se pohybuje v rozmezí 0 až 40 m/s s intenzitou turbulence pod 0,7 %. V závěru práce je ukázka vizualizace spreje, v příčném proudění, pomocí vysokorychlostní kamery. Okolní proudění mění rozpadovou vzdálenost spreje, úhel kužele spreje i jeho tvar. Dochází k vymývání menších kapek, které jsou unášeny okolním proudem.Working conditions of atomizers in engineering applications differ from those in laboratory, where the atomizers are tested. The usage of a wind tunnel can simulate more realistic conditions. The wind tunnel is used to investigate the atomizers in cross and co-flowing air stream. The investigation of a spray in the wind tunnel can bring an insight into the spray behaviour in cross and co-flow. The present master thesis deals with a design of a small-scale, low-speed wind tunnel for the experiments with sprays created by the pressure swirl atomizer with spill-line in cross and co-flow conditions. Many wind tunnel designs were proposed; however, the most suitable wind tunnel design for spray study is an open type wind tunnel in blow down arrangement with closed test section. The wind tunnel is composed of several sections and components; each component is designed to obtain a good flow quality in the test section. The spray is investigated by using Phase Doppler anemometry (PDA), Laser Doppler anemometry (LDA), Particle image velocimetry (PIV), and by high–speed imaging. These optical techniques pose particular design requirements on the wind tunnel. A design procedure of small-scale, low-speed wind tunnel is described, and the flow quality in the test section is verified. Velocity of the flow in the test section is in the range from 0 m/s to 40 m/s with turbulent intensity below 0.7%. In the chapter 7, high–speed visualization of a spray in cross-flow is presented. The flowing air changes the breakup length, cone angle, and spray shape. The smallest droplets are carried away by the flow.