Abbildung 1. Erste Bauforrn eines Viellochzylinders (LAMROT-Zerstauber) fur einen Flussigkeitsdurchsatzvon 1 rn3/h. Die Bohrungen rnit einern Durchrnesser von D,= 3 rnrn sind gegen die radiale Richtung um 30" in der Rotationsebene geneigt. Die Lochzahl betragt N = 1080. Durch den Einsatz der Rohrchen wird die erforderliche Lange von UD, = 10 bei auBerdern hinreichender Uberstandslange erzielt. Der Abstromradius der Rohrchen betragt R = 92 rnrn.
Gestaltung laminar betriebener Rotationszerstauber unter Berucksichtigung der Abstromgeometrie" T H O M A S SCHRODER U N D PETER W A L Z E L * ^
Zur Herstellung von Tropfen mit enger Grodenverteilung wurde ein neues Zerstaubungsverfahren entwickelt. Es handelt sich dabei um einen Rotationszerstauber mit einer Vielzahl vergleichsweise groder Austrittsoffnungen (LAMROT^)), die laminar durchstromt werden [l].Der Zerstauber besteht aus einem dickwandigen Zylinder mit Bohrungen als Stromungskanale, s. Abb. 1. In den Bohrungen stromt die Fliissigkeit als laminares Gerinne. Am Bohrungsaustritt bilden sich Freistrahlen, die nach dem Rayleigh-Prinzip zerfallen und nahezu monodisperse Tropfen bilden. ...,.........................,..................................,.......................................,.....
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Vortrage auf den GVC-Fachausschuflsitzungen .Mehrphasenstromungen", 17./18. Febr. 1994 und 25./28. Febr. 1997 in Wurzburg. Dr.-Ing. T. S C H R O D E R . S I L E S I A G E R H A R D H A N K E GmbH & Co. KG, Am Alten Bach 20-24, D-41470 Neuss; Prof. Dr. techn. P. W A L Z E L , Lehrstuhl fur Mechanische Verfahrenstechnik und Apparatetechnik, Universitat Essen, D-45117 Essen. 1) Pat. No. W094/21383, Kooperation mit NIRO GmbH, Kopenhagen. 2) Eine Zusammenstellung der Formelzeichen befindet sich am Schlufl des Beitrags.
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Es werden die wesentlichen Merkmale der Zerstauberkonstruktion vorgestellt. Neben der Berechnung b m . Bestimmung einer geeigneten Kanal- bzw. Bohrungsgeometrie werden Methoden zur gleichmadigen Aufteilung des Fliissigkeitsstroms auf die Stromungskanale beschrieben. Besonderes Augenmerk mud auf die Abstromkanten am Bohrungsaustritt gelegt werden. Wegen ungiinstiger Stromungsverhdtnisse wurden erste Prototypen nachtraglich mit Rohrchen versehen, die in die Stromungskanale eingesetzt waren und aus dem Zerstauberkorper herausragten. Die aufwendige Konstruktion legte weitere Entwicklungen nahe.
1 Problemstellung Die Entwicklung erster Prototypen erfolgte im wesentlichen mit Hilfe von Modellen im Schwerefeld, die durch theoretische ijberlegungen zur Filmstromung auf ebenen Platten gestiitzt werden. Durch ijbertragung der Ergebnisse mit Hilfe der lihnlichkeitstheorie auf das Zentrifugalfeld konnen wichtige Datenwie die erforderliche Anzahl der Bohrungen, deren Neigung, deren Durchmesser und Lange bestimmt werden. Daraus ergeben sich die Hauptabmessungen eines LAMROTZerstaubers. Weitere Konstruktionshinweise sollten aus einer Untersuchung der Abstromgeometrie und der Fliissigkeitsaufteilung auf die Bohrungen am rotierenden Zerstauber gewonnen werden. ZielgroRen sind die geometrischen Abmessungen des Zerstaubers und die Kreisfrequenz w fiir eine gewiinschte mifflere TropfengroBe dSa3bei vorgegebenen Stoffwerten der Fliissigkeit, wie Oberflachenspannung (T, Viskositat r] und Dichte p, sowie fiir einen vorgegebenen Durchsatz bm. Volumenstrom V 2 ) .
2 Anzahl der Bohrungen Die Breite der Tropfengrodenverteilung wird im wesentlichen durch die Stromungsbedingungen am Zerstauber bestimmt. Es ist bekannt, dad der Rayleigh-Zerfall laminarer
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Strahlen zu einem engen Spektrum fiihrt. GroRe Durchsatze erfordern daher das Aufteilen der Stromung auf eine Vielzahl von Bohrungen, damit die Laminaritat der Stromung gewahrleistet bleibt. Die Aufteilung der Flussigkeit soll moglichst gleichmaRig sein, nur dann konnen gleiche Stromungszustande und Strahldurchmesser am Austritt der Bohrungen envartet werden. Unter der Annahme dunner Schichten 6
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Report "Gestaltung laminar betriebener Rotationszerstäuber unter Berücksichtigung der Abströmgeometrie "