Анализ воздействия струй на очищаемый объект

Мойка изделий - важный технологический процесс по отделению загрязнения от очищаемой поверхности, которая оказывает большое влияние на культуру производства, производительность. Недостаточная промывка усложняет дальнейший цикл производственного процесса [1].

Процесс мойки состоит из нескольких этапов: отмочка в моющем растворе либо воде, где происходит физикохимическое взаимодействие между загрязнениями и моющим раствором; механическое удаление загрязнений с отмываемых поверхностей; ополаскивание отмываемых поверхностей чистой горячей водопроводной водой для удаления остатков загрязнений, моющего раствора и снижения количества микроорганизмов [2].

Существуют разные способы механического удаления загрязнений с от- мываемых поверхностей. В большинстве моечных машин эта операция осуществляется с помощью струй воды.

Струйная мойка в моечных машинах производится при помощи моющих жидкостей (растворов). Качество мойки зависит от состава и температуры моющих жидкостей [3].

К затопленным относятся струи, которые движутся в жидкости, свойства которой однородны со струей, или в пространстве, занятом другой жидкостью. Струя может распространяться в движущейся жидкости или газе (в спутном или во встречном потоке).

При истечении в неподвижную однородную жидкость струя постепенно расширяется. Считается, что в начальном сечении струи плоская эпюра скоростей прямоугольная.

Рис. 1. Движение воздействия струи

На границе струи с окружающей неподвижной жидкостью образуются вихри, поверхность струи по границам «взрыхленная». Осредненные очертания границ струи прямолинейные. На границе и вблизи нее формируется струйный пограничный турбулентный слой.

Интенсивные пульсации скорости и перемешивание приводят к тому, что между струей и окружающей жидкостью происходит обмен количеством движения, струя подтормаживается, расширяется и одновременно увлекает с собой часть «внешней» жидкости [4].

При струйной мойке физикохимический фактор воздействия водных растворов дополняется механическим ударом струи на удаляемые загрязнения, что приводит к разрушению и размыву за счет возникающего при ударе нормальных и касательных напряжений. Сила удара струи о поверхность определяется из уравнения [5].

P = m o V o (1 - cosα) =ρ ω o V o ² (1- cosα) (1)

где   mo-секундная масса жидкости, кг/с;

V o – скорость потока, м/с;

ρ – плотность жидкости, кг/м3;

ωo-  живое сечение набегающей струи, м2;

α – угол падения струи, рад.

Из уравнения (1) видно, что сила удара струи пропорциональна квадрату потока (V o ²). Последняя, в свою очередь, выражается уравнением Бернулли через напор воды.

V o =φ ∙ •J 2 qH ,       (2)

где H – напор воды, м;

q – ускорение силы тяжести, м/с2;

φ – коэффициент скорости, зависит от формы отверстия и типа насадки, изменяется от 0,475 до 0,98.

Формулы (1) и (2) определяют прямо пропорциональную зависимость силы удара струи от напора.

Составим неравенство, связав скорость из уравнения (2) с расходом воды Q через диаметр насадки d н :

Q = μ ω jo V2 qH = μ ^П ; ^н ■V2 qH (3)

где μ - коэффициент расхода, изменяющийся от 0,62 (для круглого отверстия) до 0,97 (для конусоидальной насадки)

Формулы (1)-(3) видно, что с уменьшением диаметра насадки d н и повышением скорости истечения воды V o за счет напора H, увеличивается сила удара P при постоянном Q. Исходя из этого можно сказать, что тонкоструйная высоконапорная мойка интенсифицирует процесс за счет повышения механического фактора влияния на очищаемые загрязнения.

Исходя из вышеописанного получается зависимость расхода воды и продолжительности мойки наружных поверхностей объекта от напора воды у сопла насадки, отраженный на рисунке 2.

Полученный график показывает, что эффективность мойки от повышения напора струи достигается при уменьшении диаметра сопла насадки и уменьшении скорости движения воды.

Рис. 2. зависимость продолжительности очистки и расхода моющей жидкости от напора: 1 – расход воды Q ; 2 – время очистки t

При повышении давления у сопла (насадка) увеличивается интенсивность и площадь очистки объектов от загрязнений. Однако повышение напора и расхода жидкости приводит к увеличению мощности насосных агрегатов и

Исходя из вышеизложенного можно сказать, что мойка объектов с помощью струй – наиболее эффективный способ очистки загрязнений с поверхностей изделий. Производительность процесса мойки загрязненных поверхностей объ- затрат энергии на очистку. ектов зависит от сопла насадок и от скорости истечения воды и из него.