XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Специфика функционирования ультразвуковых распылителей показывает, что генерируемое им вещество представляет собой не только капли аэрозоля. Одновременно с аэрозолем из аппарата выделяется влажный воздух, который в корпусе аппарата находится в несколько пересыщенном (метастабильном) состоянии. Данное явление обусловлено взаимодействием воздушного потока внутри распылителя с плотным высокодисперсным аэрозолем, капли которого над своей поверхностью имеют тонкий слой пересыщенного воздуха. Пресыщение (S) над поверхностью капли имеет место по причине непрямолинейности её поверхности и может быть определено из выражения (1) [1]:

(1)

где – давление насыщенного водяного пара, над криволинейной поверхностью воды с радиусом кривизны r_кр, Па; - давление насыщенного водяного пара, над плоской поверхностью воды, Па.

Величины и из (1) являются функциями температуры и могут быть определены следующим образом [1, 2]:

(2)

где α и β – константы (для воды α = 17,504, β = 241,2 ˚С);

(3)

где - то же, что и в формуле (1); σ - коэффициент поверхностного натяжения воды, Н/м; Т – абсолютная температура поверхности воды, К; r_кр – радиус кривизны криволинейной поверхности воды, м.

Предположим, что в воздушный поток с температурой t_нач= 10˚С вводится водяной аэрозоль с размерами капель 1,5 мкм и температурой t_в= 10˚С. Для данных условий, согласно выражению (2), величина Р_нп при стандартном барометрическом давлении будет равна 1226,9 Па. С учетом (3) в пересыщенном слое воздуха над поверхностью капли размером 1,5 мкм величина Р_нп будет на 1,9 Па больше и равна 1228,8 Па, что соответствует пересыщению, равному 1,00153. Необходимо отметить, что для капель малого радиуса величина S рассматривается как ориентировочная, так как с уменьшением радиуса капли (r_кр) коэффициент поверхностного натяжения (σ) также уменьшается, но достоверных данных о зависимости σ = f(r_кр) в литературе не приводится [2].

Известно [3], что температура капель аэрозоля, находящихся в окружающем тонком слое пересыщенного воздуха, ниже температуры «влажного» термометра, являющейся пределом адиабатического охлаждения. Пересыщение водяного пара на 10 % соответствует понижению температуры капель приблизительно на 2°С. Используя формулу (4), можно более точно вычислить величину переохлаждения капель:

(4)

где t_в - температура водяного пара в окружающем воздухе, ˚С; t_к – температура водяного пара в тонком воздушном слое, окружающем каплю, ˚С; D – коэффициент диффузии водяного пара, м²/с; r – удельная теплота испарения воды, Дж/кг; n_к и n_в – концентрация водяного пара в тонком воздушном слое, окружающем каплю, и в окружающем воздухе соответственно, кг/м³; λ_в – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м·К).

В результате исследования существующих конструкций УЗ распылителей [4] установлено, что некоторая часть аэрозоля, генерируемого ими, расходуется на увлажнение аэрозолевыводящего воздушного потока (АВП) внутри УЗР-У. Это объясняется тем, что капли аэрозоля испаряются, находясь еще в аппарате, когда перемещаются по выпускному каналу. Таким образом, при выходе из УЗР-У плотность и дисперсный состав аэрозоля будут уменьшаться относительно первоначальных величин, что вызовет понижение температуры капель и возрастание пересыщения АВП [4].

Литература

Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособие. - СПб.: СПбГАХПТ, 1998. - 146 с.Воронец Д., Козич Д.

Влажный воздух: термодинамические свойства и применение / Пер. с сербохорв. - М. : Энергоатомиздат, 1984. - 136 с.

Беззубцева М.М., Тюпин С.В. Ультразвуковые технологии в овощехранилищах / С.В. Тюпин, М.М. Беззубцева. – СПб-Пушкин : СПбГАУ, 2009. – 108 с.