内混式两相流喷嘴的雾化特性研究

本文结合一些相关的理论,以水、润滑油和十二烷基硫酸钠溶液（SDS）溶液作为液体介质,详细地研究了操作参数(压力、气液比)和液体物性（粘度、表面张力）对一种典型的内混式两相流喷嘴雾化特性的影响,通过对实验数据的分析得出了一些重要结论.例如:随液体介质的粘度和表面张力的增加,喷嘴雾化质量逐渐变差,但粘度对雾化质量的负面影响要明显大于表面张力对雾化质量的负面影响。根据大量的实验数据,回归出了内混式雾化喷嘴的雾化粒度的经验关联式。经检验,在适用范围内,该公式具有较高的精度。     

空气雾化喷嘴雾化机理及影响因素实验分析

为分析空气雾化喷嘴雾化特性,采用一次雾化和二次多级雾化理论得出影响喷嘴雾化性能的主要因素,设计喷嘴雾化实验分析各因素对喷嘴雾化性能的影响。研究结果表明:空气雾化喷嘴的雾化特性受喷嘴的水流量、气流量、气压和水压影响;水流量随着水压的增大而增大,随着气压增大而减小,气流量随着气压的增大而增大,随着水压增大而减小,气液流量比(Q_g/Q_l)与液气压力比(pl/pg)存在幂函数关系,指数为-1.09;随着喷射距离的增大,一次雾化向二次雾化转变直至雾化结束,对应的雾滴粒径由大变小再变大,随水压的增大,雾滴粒径呈现出"增大—减小"的变化规律,随气压的增大而减小,最佳的液气压力比为0.8～1.0,对应的最佳气液流量比为115～146;雾滴粒径D50与pl/pg存在三次函数关系,由函数关系可知喷嘴雾化后的雾滴粒径理论上的最小值为18.23μm,验证了喷嘴雾化最小粒径的存在,但在实际应用中该最小粒径无法实现。     

双流体雾化喷嘴的液膜模型

双流体雾化喷嘴出口的气液流动可认为是非充分发展的环状流动,借助已有的气液两相流模型无法准确描述其液膜形成过程。为此,该文基于环状流假设,分析比较了3种不同的滑移比模型对液膜厚度和液体质量流率的预测特性,并与实验数据进行比较。结果表明:无滑移模型对液膜厚度的预测值偏低;而基于充分发展环状流假定的Ishii经验关联式模型对液膜厚度的预测值偏高;根据实验数据提出的滑移比模型,考虑了环状流不充分发展的特征、气液质量比(gas to liquid mass ratio,GLR)和入口压力的影响,能够准确预测喷嘴的流量特性及液膜厚度。     

气泡雾化喷嘴下游流场的特性分析

用Fluent软件对气泡雾化喷嘴下游不同截面雾化液滴的平均直径和速度分布进行了模拟计算.分析了雾化粒径与喷嘴直径、气液质量比、气体压力和液体流率之间的关系,以及雾化粒径和流动速度随喷嘴距离(轴向和径向)的变化规律.结果表明,雾化粒径与喷嘴直径之间呈近似正比关系,与气液质量比之间呈近似反比关系,而与气体压力和液体流率之间则存在最优匹配问题.随着喷嘴距离的增大,雾化粒径增大,而流动速度减慢.     

内混式扇形空气雾化喷嘴参数分析

采用Eulerian-Lagrangian耦合算法,对内混式空气雾化喷嘴的性能参数进行了数值模拟,结果表明:气液质量流量比为定值时,随着喷嘴孔口宽度的增大,雾化角和液滴的速度逐渐减小,索特尔平均粒径(SMD)不断增大;为了获得更细小的液滴,喷嘴孔口宽度不宜过大;喷嘴孔口宽度为定值时,SMD随气液质量流量比的增加,先逐渐减小,达到极小值后,又逐渐增大,喷嘴孔口宽度为0.6mm时,SMD的极小值约为39.5μm。     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

双流体喷嘴荷电雾化特性

针对压力雾化难以雾化高粘度液体的问题,设计了双流体喷嘴,利用气体动能提高雾化效果.以空气、水为介质,对双流体喷嘴进行了试验研究,测量得出了各控制参数间的互相牵制关系,发现了气液流量之间的一般规律.改变气液压力可以有效改变喷量与雾滴粒径以满足不同雾化要求,雾化片孔径的大小对雾化特性的影响很大.电极电压增大,荷质比随之增加,并从理论上进行探索,分析得出了当荷电雾滴荷质比达到分裂极限时,雾滴将进一步破碎雾化.试验表明,该喷嘴具有气耗低,喷量调节范围宽的特点,对高低粘度液体均能有效雾化,荷上静电以后,液滴粒径更加细小、均匀.     

拉瓦尔喷嘴结构参数选取及其雾化性能数值模拟分析

为加强喷嘴在高强度粉尘的煤矿井下的雾化性能,得到最优的结构设计和理想的雾滴粒径,本文首先依据公式得出一组拉瓦尔喷嘴的最优几何结构,探究了喉管直径、扩张角及气—液体积等物理参数对拉瓦尔式结构喷嘴雾化性能的影响规律。在气—液两相流下,运用Fluent软件对喷嘴内流场进行数值模拟,得到了喷嘴内流场的速度云图。发现喉管直径对拉瓦尔喷嘴出口速度有很大的影响;不同的扩张段半锥角对结果也有不同程度的影响;液体压力的变化对雾滴粒径的影响十分明显。喷嘴内部气—液体积比为6∶4并且气—液压力比为3∶1时,除尘效果最好。     

液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响

为了改善气泡喷嘴雾化性能,利用基于液滴统计学的理想雾化理论模型研究了液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响.同时,采用高速摄影技术分析了气泡喷嘴内部气液两相流动及喷口雾化状况,探究了雾化液滴产生不稳定现象的根本原因.实验结果表明,气泡喷嘴雾化本身具有不稳定性,且雾化下游场中不同粒径的液滴均表现出不稳定性.当喷嘴内部气液两相处于气泡流时,喷口处单个气泡的破裂可导致雾化下游场中液滴不稳定;当气液两相处于过渡流时,单个气泡、液体以及较长气柱交替流经喷口会造成气泡雾化液滴不稳定;当气液两相处于环状流时,液桥现象的存在致使雾化下游场液滴不稳定.增加牛顿流体的黏度或者降低非牛顿流体剪切变稀的强度能够有效降低雾化液滴的不稳定性.     

气力式喷嘴加压雾化性能研究

对三通道气力式喷嘴进行了雾化室加压环境下的雾化试验研究,分析了雾化室环境压力与其它喷嘴运行参数对喷嘴雾化性能的影响。研究发现,雾化室环境压力的提高有利于气液两相的相互作用,可以有效降低雾化粒度平均直径,且当气耗率不变时,雾化粒径SMD与雾化室环境压力呈负指数的幂函数关系,即SMD∝P^n。n值在-1．0--13之间。