Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Число Вебера (We) — безразмерный критерий подобия в гидродинамике, определяющий соотношение инерционных сил потока и поверхностного натяжения жидкости. Критерий Вебера играет ключевую роль при расчёте форсунок, распылителей, в анализе дробления капель и кипения. Он позволяет прогнозировать поведение жидкости на границе раздела фаз.
Число Вебера — безразмерная величина, характеризующая отношение инерции движущейся жидкости к поверхностному натяжению. Критерий назван в честь Морица Вебера (1871–1951), профессора корабельной механики Высшей технической школы Берлина, развивавшего теорию подобия.
Физический смысл числа Вебера: оно показывает, насколько инерционные силы способны деформировать свободную поверхность жидкости. При малых We капиллярные силы удерживают каплю в сферической форме. При росте We инерция доминирует — поверхность деформируется и капля дробится.
We = ρ · v² · L / σ
где: ρ — плотность жидкости (кг/м³); v — характерная скорость потока (м/с); L — характерный линейный размер (м), например диаметр капли или сопла; σ — коэффициент поверхностного натяжения (Н/м).
Критерий Вебера равен произведению числа капиллярности (Ca) и числа Рейнольдса (Re): We = Ca · Re. Это удобно при комплексном анализе многофазных течений.
В инженерной практике особое значение имеет критическое число Вебера — порог, при котором начинается разрушение капли. Для маловязких жидкостей (Oh < 0,1) критическое We составляет примерно 12. С ростом вязкости порог смещается к большим значениям.
Режимы вторичного дробления капель классифицируют по диапазонам числа Вебера. Каждый режим имеет характерную морфологию разрушения и определяет размер дочерних капель.
Понимание этих режимов важно при проектировании топливных форсунок ДВС, где необходимо добиться тонкого распыла с заданным средним диаметром Заутера (D₃₂).
Основная область применения критерия Вебера — проектирование систем распыления. В форсунках топливных систем, опрыскивателях и промышленных распылителях число Вебера определяет качество атомизации. При We > 1000 на выходе из сопла формируется мелкодисперсный конический факел распыла.
Для типичной дизельной форсунки с давлением впрыска 150–200 МПа и диаметром сопла 0,10–0,25 мм число Вебера достигает значений 50 000 и выше, что обеспечивает катастрофический режим распада и образование капель размером менее 15 мкм.
При пузырьковом кипении число Вебера характеризует деформацию паровых пузырей на нагреваемой поверхности. При давлении свыше 1 МПа значения We уменьшаются, пузыри остаются сферическими и отрываются при меньшем диаметре, что влияет на интенсивность теплоотдачи.
В тепловых трубах число Вебера определяет предел уноса жидкости. Когда импульс пара создаёт напряжение сдвига, достаточное для отрыва капель из фитиля, жидкость захватывается паровым потоком. Критическое условие: We ≥ 1, где характерная длина — размер пор фитиля.
В микрофлюидных устройствах с гидравлическим диаметром менее 1 мм число Вебера совместно с числом Бонда определяет режим двухфазного течения. При малых We преобладают пузырьковые и снарядные течения, при высоких — кольцевые и дисперсные.
Для корректного расчёта числа Вебера необходимо знать коэффициент поверхностного натяжения. Ниже приведены значения для распространённых технических жидкостей на границе с воздухом при температуре 20 °C.
Поверхностное натяжение снижается с ростом температуры и обращается в ноль при критической температуре. Добавление ПАВ также уменьшает σ, что влияет на величину We.
Число Вебера не используется изолированно. В расчётах его анализируют совместно с другими безразмерными параметрами.
В частном случае вращательного движения жидкости с угловой скоростью ω применяют вращательное число Вебера, где v = ω · L. Параметр используется при расчёте центробежных распылителей.
Число Вебера — фундаментальный критерий подобия для расчёта процессов распыления, дробления капель и двухфазных потоков. Знание критических значений We и режимов распада позволяет проектировать форсунки с заданной дисперсностью, оптимизировать теплообменное оборудование и микрофлюидные устройства. Для точного определения We учитывайте температурную зависимость поверхностного натяжения и анализируйте критерии Онезорге, Рейнольдса и Бонда совместно.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.