Введение к работе
Актуальность тем1?. Несмотря на всеобщее стремление сокра-гь объемы применения химического метода эачиты растений в Рес-блико Узбекистан, все же непрерывно растут объемы их использо-иия как по обрабатываемой площади, так и по массе вносимых хи-катов. Кроме химзащиты, другое применение химического метода -эдуборочная химическая обработка: дефолиация хлопчатника. Хотя разрабатываются нехимическве метода (например, биологический) эьбы с вредителями и дефолиации хлопчатника (применение тепла, чода и электричества), тем не менее, химические метода обработ-продэлжают играть в сельскохозяйственном производстве ведущую пь. Б связи с введением нових агротехнических приемов в расто-зводстве, заключающихся во внесении биостимуляторов роста растай, химическая обработка приобретает второе дыхание.
В Республике УзСешзтан выполнен ряд комплексных работ по эершенсгвованию конструкции мадии химзащиты. Разработанный ГСКБ машинам для хлопководства агрегат ОЖ-28 используется при хим-эаботке всеми хозяйствами Республики, Машины ОШ-600, 0ШХ-І2 профіт госиспытания.
По данным НШГЙНТОКС и института санитарии» уровень непроиз-пггелькых расходов ( потерь ) химикатов при борьбе только с вре-зелямп составляет более 50 %, при атом 25*30 % химиката сседа-на аэмлю, ухудшал плодородие почвы, а 25 * 30 % уносится ьо-)м, загрязняя обрабатываемую местность и ухудшая экологическую яановку в периоды хямобработкн.
Основным недостатка вышеупомянутых опрыскивающих машин хпм-шты растений является полидисперсность распыла, свойственного глылителям центробежного типа, установленным на них. Разброс )актористак частиц дисперсной фазы для центробежных раснылкте-і простирается по всему диапазону интегральной кривой распыла, шнпченив разброса выполняется путем эмпирического подбора па-гатров диспергирующих устройств.
Анализ литературы показывает, что из известных способов дис->гированил яидкости (аэродинамических, центробаяных а электро-тпоских), а также эффектов розонанса, кавитация, смачивания п)., наилучшую степень монодпеперсностя даот капиллярный рас-t - гидродинамическая неустойчивость свободной струи жидкости.
Несмотря на значительные успехи в иоолодовеяяя явлошш мо-цнспепсного распада сплошной среда капиллярным механизмам и
2 разработки на этом принципе большого числа технологических установок, все euie имеются существенные проблемы. Слокность проблем обусловлена, во-первых, тем, что это направление требует "увязки" соответствующих научных и технологических аспектов. Во-вторых, решаемое в научном плане проблемы комплексны и лежат на стыке шогих научных дисциплин; гидродинамики, электрофизики, теоретической электротехники, инженерной механики и др. Поэтому теоретические исследования в облаоти гидродинамической неустойчивости струи кидкости весьма сложны и требуют не только разработки новых аналитических и численных методов, но и использования мощных ЭШ, Кроме того, исследования рассматриваемых явлении связаны о .общими вопросами возникновения стохастичности в динамических системах, проблемами описания развитой турбулентности, теплофизикой многофазных систем и др. Наконец, требуются всо более углубленные технологические проработки, так как в последние года возникли задачи создания надежных, эффективных и вместе с тем высокопроизводительных генераторов мо-нодасиергированного вещества, которые должны позволить осуществить управление потоками макрочастиц, выборку определенного их числа из общего потока, равномерное осаждение макрочастиц на обрабатываемые об/ьекты,
Кардинальному решению большинства упомянутых задач способствует униполярная электризация диспергированного вещоства, Так,ка-лришр, в химзвците и дефолиации хлопчатника электризация аэрозоля увеличивает эффективность обработки в несколько раз. Однако наличие дополнительных силовых воздействии со стороны электрического доля существенно меняет физику диспергирования. Особенно 8ТО относится к нелинейной стадии развития поверхностных возмущений и к решшу образования немонодиспероного и монодисперсного распада капиллярной струи. Но вмеоте о тем, метризация распадающейся струи нестационарным электрическим полем является уникальным инструментом для монодисиергарования жидкости о одновременной униполярной злектризацией дисперсной фазы.
Однако не только само решение задачи диспергирования жидкости в алектричеакоы поле, но даже ее корректная постановка на сегодняшний день находятоя только на начальном этапе. Это обусловлено математической оложноотыо И физической многоплановостью проблемы. Успешное решение задача диспергирования жидкости ь электрическом ноле и создание управляемого елактроаэрозоля а разработка на их базе опрыокиваадше машин о елзктроаэрозолышм потоком отве-
чало бы современным требованиям сельскохозяйственного производства Республики Узбекистан* Это лежит тайке в русле рейіения й экологических проблем - снижение расходов дорогостоящих химикатов к улучшение экологической обстановки в периода химобработкй растений.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с государственной программой Респуолики Узбекистан, тематическим планом Ташкентского ордена Трудового Красного Знамени института янже-ивров ирригации и механизации сельского хозяйства на 1986-ЭОгг4. (комплексная тема № 6 "Разработка электрифицированных энергосберегающих технологи! и технологических средств линии производства сухофруктов, кишмиша"), согласованным с ЛСЗШ Республики Узбекистан.
Цель работы : формирование н обоснование научных основ теории процесса диспергирования жидкости, основанного на гидродинамической неустойчивости свободной струи, несущей поверхностные электрические заряды в стациочарном и нестационарюм электрических полях; разработка электростатических распылителей, Механизм диспергкрования которых основан на распадо заряженных капиллярных струй жидкости, обеспечивающих раним, близкий к монодисперсному; изготовление опытного варианта опрыскивающей машя-пн штангового типа, хлопковой модификации.
Научная новизна: аіюрмулирбванц и обоснованы научные ос-нови теории и процесса диспергирования яидкости, основанного на капиллярном распаде - гидродинамической неустойчивости свободной струи жидкости в электрических полях. Дано обоснование применимости метода Бубнова-Галеркина к изучению процесса распада капиллярной струи, несущей электрические заряди.
Проведен физический анализ особенностей номонодиспорсного распада капиллярной струи, находящейся в постоянном электрическом лоло в зависимости от амплитуды и формы начальных возмущений как в коротковолновой, так и длинноволновой чаоти спектра.
Впервые сформулиповаиа задача электродинамической неустойчивости - вынужденного распада капиллярной струи на монодисиео-сянв капли, находящиеся в нестационарном электрическом поле.
Разработан» сМ-октипные численнно методы репеШя постацио-нарньэс уравнений злектрогляродпнимики, ..
Выявлены особенности внешнего силового воздействия - перо-'лзнного элсктшгчоского поля н,ч возглдаю.сть управления адсналсч ':тпуи, г. :>гл!ис(гиас.'и Впервые сформулирована электрогидродинамическая задача распада закрученной капиллярной струи, находящейся как в стационарном, так и нестационарном электрических нолях. На основе численного анализа выявлены физические особенности немонодисперсиого распада закрученной электризованном струи в нелинейной стадии развития поверхностных возмущений, имеющих сину соидаяьные и иикообразніге форми. Определены условия вынужденного монодисперсного распада капиллярной струи аидкостя при одновременном воздействии закрутки и переменного электрического поля ир; различных амплитудах и форма;: начальных возмущении. Разработаны электростатические распылители жидкости, механизм образования капель которых основан на капиллярном распаде электризованной струи. Разработана штанговая опрыскиващая машина с электрической зарядкой аэрозольного потока с шириной захвати 12 м. Лаборатор-нр-полевие испытания машины для хлопчатника поісазали, что электризация аэрозольного потока повышает эффективность химобработки, обеспечивает равномерную обработку обеих сторон лиственной поверх ности растений. Исіштания проведены в сравнении с разрабатываемыми и существующими машинами хишащиты. Научно-практическая ценность работы заключается в том, что разработанные теоретические положения, посвященные физическим прі цвесам распада электризованных капиллярных струй жидкости, определяют общее направление практической деятельности по совершенствованию конструктивных парамегров и технологических режишв раши лнтеяей, которые могут бить использованы при распиливании химикатов, при организации процессов гранулирования, распыле топлива"," в химической промышленности, медицинской промышленности, животноводстве и ряде других отраслей народного хозяйства. Предложенные численные методы решения электрогидродинамшш, основанные на методе Еубнова-Галеркина, применимы для' анализа физических процессов при диспергировании не только проводящих, но і непроводящих жидкостей (красок, мааол и др. ). Разработанная опрыокиващая Машина о элактрозаряжешшм потоком хлопковое модификации успешно может быть применена для химической ооработки многих сельхозкультур - томатов, картофеля, садов и виноградников, 11а защиту выносятся следующие результаты исследования: - Численные алгоритмы для решения нестационарных ураанеіиїй 5 * электрогидродинашки - гидродинамической неустойчивости электризованной капиллярной струи, основанной на представлении решения в виде суперпозиции гармоник ( метод Еубнова-Галеркича) о последушкм численным интегрирование»,! системы обыгловенных диф-ферошиалышх урйрнодкй для амплитуды учитываемых гармоник. Методические расчеты, определяющие количество членов ряда возмущений и число базисній функций, приводящих к сходимос-ти решения ярл различных, значениях волнового числа, амплитуды возмущений и величины заряда струй. Физические процессы иемонодисперсного распада электризо* ванно!! капиллярной струи жидкости, заключающиеся в том, что! з) увеличении начально;! амплитуда "синусоидального" возмущения поверхности капиллярной струи в широком диапазоне на-пв.ч'крлшости электрического ноля приводит к уменьшению относительных) вклада шлкюс капель-спутников. Увеличение напряженности усиливает этот эффект и "сдвигает" рассматриваемые про-Uf!crn i.i коротковолновую область волновых чисел; о; введение "пилообразных" возмущений на поверхности струй, способствуем песпмштоичному разрыву перешейка и "втягиванию" малих капсгь-сиутников в большую основную каплю. Увеличение по-перхностк'-го заряда ускоряет оти процессы и делает их болео мел-- KOWPO^Ti бНЫМИ; В) ВВОДЄІШО ДЛИННОВОЛНОВЫХ ВОЗМудеИИЗ ПРИВОДИТ К УМОИЬйС- нюо oT)iooi:"o.'j.aoro вклада капель-сателлитов. Увеличения интои-сизноитн "фоновых" возмущений в длинноволновой" части спектри спосоостьуз? д&^оркаак: спектра от первоначально "двугорбовего" к "одногороо^сту" с '5і;:;єлгіі-иєм основного тока. Усиленно поверхностного заряда ускорь :т эти процессы, особенно в коротковолновой области. - Фиэйчосккэ процессы монодиснерского распада капиллярной а) изменение частоты при некоторых фикокроианши значениях постоянной" составляющей и амплитуды нєроїшічогр електрического поля влияет на время раенрдэ и ианедпеаопеностъ раоїшя. При совпадении частоты волн на поверхности струи, о два.рапа меньшой часто ш шнуздошюго церемонного влектричоокрго поля в потоке распыла, отсутствуют капли-спутники: распад соответствует монодисперсному режиму; б) воздействие электрического поля импульсной формы различ-, ной длительности и амплитуда влияет на монодисперскости распада отруи. При соответствующем подборе дашелыюсти импульсов уменьшается длина перешейка между волнами, развитие возмущений происходит цри золновых числах, близких к критическим, уменьшается возможность возникновения канедь-еаутн;'-' расігл струй будет монодисперснш. Физические процессы немонодисперсного и монодисперского распадов электризованной струи жидкости в зависимости от волнового вдела, форш возмущения, заряда и величины закрутки. Новые типы распылителей о электрической зарядкой аэрозольного потока, механизм диспергирования которых основан на гидродинамической неустойчивости электризованных струй жидкости. Результаты экспериментальных исследований по определению интегральных и локальных параметров злектроаэрозолыюго потока, разработанного распылителя, проведенных в лайораторно-долешх условиях. - Результаты сравнительных испытаний штангового* опрыскивателя о электростатическими распылителями при дефолиации хлопчатника. Апробаїшя паботЦ. Основные положения и результаты работа докладавались на УІ Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике ( Ташкент, 1906), на семинаре развития машин для опыления и опрыскивания хлопчатника (Б.ЯНХ УзОСР, 198?), на УІ Университетской щколе-семинарв. Нелинейные задачи теории гидродинамической устойчивости (Калюбакино, 1988), на Республиканской научно-технической конференции "Механика жидкости и многофазных оред" (Ташкент, 1988), на Всесоюзной конференции "Физика и техника июгодисаерсных систем" (Москва, 1983 ), на Республиканской конференции "Механика оплошных сред", посвященная памяти академика л.А.Рахматуллина (Ташкент, 1989 ), на Республиканской научно-практической конференции "Электротехнология в сельскохозяйственном производстве" (Ташкент, 1990 ) и на ежегодных научно-производственных конференциях ТЩШ2. рубдикшид. Содержание диссертации отражено в 41 публикации Оодазм и структура .работы. Диссертация состоит из введения, ь глав, содержит стр. машинописного текста, включающего рисунков, фотографий, таблиц и описка использованной ли'йрптуры. из найменований. Общий объем дасоертацщ сое-таалнег отранвд.
струи двдкости, находящейся в иастационарных злектрігшеких по
лях. Отії яроцсоси паранойи в ток, что:Похожие диссертации на Проблемы диспергирования жидкости в электрическом поле и создание управляемого электроаэрозольного потока для химобработки растений (хлопчатника)
