Xan>> А у тебя станок поблизости есть?
Полл> Да.
Из форсунки вытекает струя воды в виде полого конуса.
Верхняя слева картинка.
Компонента скорости вдоль оси форсунки ничего полезного не производит.
А тангенциальная компонента занимается расширением конуса =
= увеличением поверхности струи
= работает против поверхностного натяжения.
(При небольшой скорости можно увидеть, как поверхностное натяжение побеждает кинетическую энергию и струя схлопывается обратно.)
Именно энергия тангенциальной компоненты работает на дробление струи на капельки.
Примерно так:
половина энергии идет на кинетическую энергию колебания получившихся капелек (которая бестолку теряется);
половина на потенциальную энергию поверхностного натяжения капелек.
Так что размер капелек пропорционален поверхностному натяжению и обратно пропорционален кинетической энергии = падению давления на форсунке.
=====
teplofizsvoystvjidvozduh1968.djvu
стр. 192 — вязкость кислорода 175...275 микро.
Динамическая вязкость воды от температуры (микро):
0 1788
20 1006
40 653
100 283
Это к тому, что для воды потери на трение будут больше, чем для кислорода.
И, значит, кислород распыляться будет гарантированно не хуже воды.
Отработав форсунку на воде, можно смело переходить к кислороду.
И второе:
Поверхностное натяжение воды 72.6, а кислорода 18.3 — в 4 раза меньше.
Это значит, что поверхность капель кислорода будет в 4 раза больше = размер капель в 4 раза меньше, чем у воды.
=====
100 г/с при давлении 6 атм., угол 120 градусов.
=====
Потенциальная энергия давления переходит в кинетическую энергию движения воды:
6 атм = 0.6 МПа = 600 Дж/кг => sqrt(2 * 600) = 34.6 м/с
Ну, с учётом потерь, пусть будет 30 м/с
Компонента скорости вдоль оси форсунки для угла 60 градусов должна быть 30 * cos(60) = 15 м/с
Компонента вдоль края "водопада" (тангенциальная) = 30 * sin(60) = 26 м/с
Чтобы при скорости 15 м/с за секунду вытекало 100 см3, сечение струи должно быть 100/15 мм2.
Пусть (глядя в потолок) слой вытекающей воды будет толщиной 1/4 радиуса сопла.
То есть, вода будет занимать 1 - 9/16 = 0.4375 площади отверстия.
Сечение отверстия тогда должно быть 100/15 / 0.4375 = 15.23 мм2 => диаметр = 4.4 мм.
(Это всё приблизительно — так как скорость в струе в разных точках разная.)
Можно, наверное, и побольше сделать, например 5 мм.
Чтоб получить тангенциальную 26 м/с при отношении диаметров 1/5, надо на входе иметь скорость 26 / 5 = 5.3 м/с.
Скорость обратно пропорциональна радиусу. Из-за сохранения момента импульса.
Это в три раза меньше, чем 15 м/с, так что суммарное сечение отверстий завихрянтеля будет примерно 3 * 100/15 = 20 мм2.
Можно, например, сделать 8 пропилов сечением 1 * 2 мм, в сумме 16 мм2.
Но тут уже надо экспериментировать, так как "тиритицки" учесть трение и прочие неидеальности дороже, чем сделать десяток "таблеток".
=====
По картинке.
Внизу слева.
Входной угол сопла, очевидно, лучше скруглить. Как на верхней картинке.
"Угол" — это то, что получается при сверлении.
Можно, наверное, стальной иглой прикатать.
А вот выходной, наверное, лучше не трогать, оставить "острым". Чтоб струя отрывалась, не пытаясь прилипнуть.
Можно на торце сделать защитное углубление, чтоб пока форсунка валяется среди других железок ей выходной угол не помяли.
Вверху справа — "таблетка" с пропилами.
Опять очевидно, что входной угол надо скруглить, чтоб на нём энергия не терялась.
И пропилы с входной стороны можно делать глубже, что я попытался на правой нижней картинке изобразить.
Ну и там же вариант таблетки, который даёт больше места для воды, если у сверла угол слишком тупой.