254 (45)

408

w takiej ilości, że grubość filmu przekroczy wymiar grubości krawędzi wylotowej, zostaje ona (nieregularnie) zerwana przez strumień pary (rys. X.13). Zrywające się krople nie mają na ogół kształtu kulistego, a ich gabaryty mogą wynosić I mm i więcej. Na szczęście tak duże krople nie są trwałe, gdyż poruszając się w strumieniu pary ulegają rozbiciu na krople drobniejsze, o średnicach 0,05—0,4 mm.

408

Rys. X.I3. Prędkość kropelek wody w śladzie krawędziowym według [42]

W literaturze znajdujemy różne kryteria stabilności do określenia krytycznej wielkości kropli. Jak się wydaje, najpewniejsze jest kryterium oparte na krytycznej liczbie Webera. Orzeka ono, że stosunek sił aerodynamicznych działających na kroplę do napięcia powierzchniowego nie może przekroczyć pewnej wartości.

Liczba Webera zdefiniowana jest wzorem

a

(X. 17)

q_p — gęstość pary, c_r * (c_f—c_w) — prędkość poślizgu, c_p — prędkość fazy gazowej, c_w — prędkość kropli, r — promień kropli, a — napięcie powierzchniowe.

Wartość krytyczna liczby Webera, przy której kropla jest na granicy stabilności i po przekroczeniu której kropla ulega rozpadowi, można znaleźć doświadczalnie. Istotne jest przy tym określenie prawidłowej wartości prędkości względnej między parą a kroplą wody. Zadanie jest trudne, zwłaszcza w przypadku procesu w śladzie krawędziowym, gdzie występuje niejednorodne pole prędkości pary. Im szerszy jest ślad krawędziowy, tym mniejsza jest

miejscowa prędkość pary wpływająca na poślizg kropli (rys. X.14). Gdybyśmy wstawili do wzoru (X.17> prędkość pary w obszarze strumienia niezakłóconego, otrzymalibyśmy fałszywą liczbę Webera.

Krytyczna liczba Webera odpowiada maksymalnej wielkości stabilnej kropli. Z równania (X.17) wynika

(X,18)

r— j

P

|S

Rys. X.14. Ogólna zależność stosunku prędkości kropli do prędkości pary cjc_r w funkcji drogi i,

prędkości pary c, i ciśnienia p według [42]

W śladzie występują krople o różnych wymiarach. Teoretycznie można obliczyć formę śladu krawędziowego i znaleźć rozkład średnic kropli za kierownicą. Prostsza droga polega na wprowadzeniu pewnej fikcyjnej liczby Webera, uwzględniającej wpływ formy śladu krawędziowego na reprezen-

tatywną wielkość kropli.

Podstawiamy zamiast prędkości poślizgu c_r wprost prędkość pary (niezabu-rzoną) c_p i rozumiemy przez r średni (reprezentatywny) promień kropli. Z równania (X. 18) wynika wówczas

(X.19)

gdzie /, oznacza fikcyjną liczbę Webera, którą należy określić dla konkretnej palisady.

Pozostaje jeszcze pytanie, czy krople o granicznym promieniu według równania (X.18), które winny rozpadać się, mogą dotrzeć do łopatek wirnikowych, zanim się rozpadną. Inaczej: czy czas potrzebny na rozpad kropli jest wystarczający. Obliczenia szacunkowe wskazują, że czas przepływu kropli na drodze od kierownicy do łopatek wirnikowych jest wystarczający z nad-miarcm.