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2.4 喷溅现象

舰艇在海上航行总会有行波和机动时飞溅,引起空气中含盐量增加,尤其在风浪中航行,舰艇强烈地横摇和纵摇时,进气口(若面向舷侧)虽未达到被海水浸没的程度,但波浪却直接飞溅到进气口上。英阿马岛战争中,英国19艘燃气轮机舰艇,除无畏级航空母舰外,均遇到这种情况,在过滤器外表面结了一层盐,加上在航行作战过程中难以在甲板进行日常维修而使问题严重。

为了详细地研究进气装置的喷溅,应对整个过程进行高速摄影,这有助于在船模试验时及时采取减少进气装置喷溅的措施。

在设计进气装置时,知道落入进气装置的水滴大小是很重要的。喷溅出来的水滴尺寸范围很广,占主要数量的水滴的尺寸与风力大小有关,但实际上很难确定哪个尺寸的水滴占主要数量。目前,以水滴在气流中的稳定性原理为基础确定水滴尺寸比较合理。水滴速度与气流速度是不同的,在气动阻力作用下,水滴在气流中发生分裂。对应于每一气流速度 w ,水滴有某个不再继续分裂的稳定尺寸。气流速度再增加时,有些这种尺寸的水滴又开始分裂,而在达到临界速度 w KP 时,所有这种尺寸的水滴全分裂了。因此,速度范围 w w KP 是水滴不稳定状态区。

沃伦斯基推导出水滴在气流中的分裂准则为水滴变形所消耗的能量与表面张力系数之比:

式中 ρ ——空气密度(kg/m 3 );

w KP ——稳定性上下限的临界速度(m/s);

d ——水滴的初始直径(m);

σ ——空气中液体的表面张力系数(N/m),水的 σ =0.073N/m(20℃)。

试验确定出稳定的上限为 D =14,下限为 D =10.7。上述研究是在雷诺数 Re KP = w KP d/ν 在1700~8500范围内进行的。这时的球体的迎面阻力不变, C X =0.4。

水滴直径与气流速度的关系曲线示于图2-6。

图2-6 水滴稳定直径与空气流速的关系曲线

Ⅰ中两条曲线为水滴直径0.1~0.9mm的水滴在不同空气流速下的稳性的上下限,Ⅱ中两条曲线为水滴直径1~9mm的水滴在不同空气流速下的稳性的上下限,在上下限之间是水滴的不稳定状态区。若进气装置中气流速度为20m/s,则所有直径大于2.4mm的水滴都将分裂,而小于1.9mm的水滴则将保持自己的尺寸。水滴在气流中分裂时形成各种尺寸的小水滴,可能含有直到几微米大小的水滴。表示水分(滴)粉碎度,可采用水滴的平均静态直径(即所谓的平均释放直径),计算水滴的平均释放直径可用贯山-店泽公式:

式中 d o ——水滴的平均释放直径(mm), d o =∑n d 3 / n d 2

w ——空气速度(m/s);

w ——液体速度(m/s);

σ ——液体的表面张力(dyn/cm);

ρ ——液体密度(g/cm 3 );

μ ——液体黏度(P);

Q ——液体流量(cm 3 /s);

Q B ——空气流量(cm 3 /s)。

对于涉及进气装置喷溅的计算,该公式的最后一项中不用空气和水的流量,而用空气的含水量比较方便。假设进入进气装置的空气含水量为每千克空气含 y 千克液体,则上述公式可写成:

式中 ρ B ——空气密度(g/cm 3 )。

应当指出,由于天气条件的影响,占主要数量的水滴尺寸可能偏往这一端或那一端。但有一点是毫无疑问的:在任何条件下,按图2-6所确定的直径的数值是进气装置中水滴尺寸的上限。 zD8KyN3F6aBoA3Fmau/g2oWZ0kWKr81jekoMXSYh0kr8pFNacjZiN9xYeG8x10M4

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