应用PDA系统研究喷嘴的雾化特性_翟国栋
喷嘴雾化特性及其机理研究进展
喷嘴雾化特性及其机理研究进展作者：李欣疏孙鹏尧来源：《丝路视野》2019年第09期摘要：总结分析了喷嘴的相关雾化机理和实验研究方法，单一的研究方式具有局限性，采用多种研究方式同时进行验证。
关键词：雾化机理;液滴;实验一、引言能源在人类社会发展过程中具有推动发展和夯实基础的作用，它所带来的巨大经济效益关系着一个国家的发展与进步。
在社会经济的各个方面都离不开能源，小到民用、运输和工农业，大到军事国防，均需要消耗大量的能源。
尽管我国太阳能、风能等新能源的开发利用已经取得显著进展，技术水平有了很大提高，且發展潜力巨大，在未来有可能会替代矿物燃料，但是新能源现阶段仍满足不了社会发展的需求。
故当前的首要任务就是减少矿物燃料的浪费率，但实际执行起来却存在诸多问题。
二、雾化机理目前为止有关雾化机理研究现状，不论国内还是国外的研究人员所得出的理论纷繁复杂，至今没有统一的理论，经得住推敲的理论可分为以下几种：湍流扰动学说、空气扰动学说、气动雾化机理、气泡雾化机理、压力震荡学说、边界条件突变学说。
其他未得到验证的理论在这里不做讨论。
（一）气动雾化机理小雾滴外表面的张力可以将雾滴的形状保持不变，如果要将雾滴破碎至物化状态，可以引入气相介质流充分破坏雾滴的内外平衡，这是由于气相介质流的作用使液滴驻点压力大于雾滴的表面张力。
（二）气泡雾化机理气泡雾化可以将雾化介质（气体）引入到液相介质内，这样气相和液相介质将充分的在混合室内混合，这种混合流具有相对高的稳定性，这时气泡会剪切和挤压液相介质，导致连续的液相介质在喷出的过程中被撕拉至膜状和丝条状，这是所谓的第一次雾化;为了让膜状和丝条状的液相介质离散状态更好，喷嘴出口附近的内压和外压差值变化明显，利用压差未完全雾化的液膜将得到进一步为雾化。
（三）压力震荡学说在液体供给系统中，由于压力的存在会使整个供给系统存在微小或较大的震动，这种震荡某种程度上会对雾化过程产生推动的作用。
工业生产中的一般喷射系统中普遍存在着压力震荡，因此认为它在某种程度上对雾化起到了一定的辅助作用。
喷嘴雾化研究进展报告
喷嘴雾化研究进展报告
喷嘴雾化技术是一种常用的液体分散技术，具有广泛的应用领域，包括化工、医药、农业等。
近年来，随着科技的进步和工艺的改进，喷嘴雾化技术在研究和应用中取得了一系列进展。
首先，喷嘴雾化技术的改进使得其在液体分散方面具有更高的效率和精确性。
传统喷嘴雾化技术的缺陷之一是喷雾颗粒粒径分布范围较大，但现在已经有了一系列新型的雾化喷嘴，如旋涡撞击雾化器、均质增压雾化器等，它们能够实现更细小、更均匀的颗粒分布，提高了雾化效率和产品质量。
其次，喷嘴雾化技术的研究应用正在逐渐拓展到新领域。
除了传统的粒子形成和液体分散方面，喷嘴雾化技术在仿生学、纳米材料制备、燃烧喷射等领域的研究中也发挥了重要的作用。
例如，在生物医药领域，喷嘴雾化技术被应用于肺部给药，通过控制雾化粒子的大小和形态，提高药物的吸收和疗效；在纳米材料制备方面，喷嘴雾化技术能够制备出较为均匀的纳米团簇，为纳米材料的制备和应用提供了新的方法和思路。
此外，近年来，喷嘴雾化技术与其他技术的结合也取得了一些有意义的进展。
例如，利用超声波辅助喷嘴雾化技术，可以实现对液体的预处理和后处理，提高雾化效果；利用电场作用加强喷嘴雾化，可以调控雾化颗粒的电荷和分布等。
总的来说，喷嘴雾化技术在研究和应用中取得了许多进展，包括雾化效率和精确性的提高、应用领域的拓展以及与其他技术的结合等。
这些进展为喷嘴雾化技术的进一步发展和应用提供
了新的思路和方法，有助于推动相关领域的科学研究和工程实践。
气动旋流雾化原油喷嘴雾化特性的实验研究
气动旋流雾化原油喷嘴雾化特性的实验研究摘要：随着社会的发展，人们对原油的需求量逐渐上升，这就迫切的需要实施油田节能降耗管理，提升加热炉热效率，最大限度的降低燃料单耗，加大对气动旋流雾化原油燃烧器喷嘴的研究力度。
本文基于新型内混式气动旋流雾化原油燃烧器喷嘴的结构及雾化机理，主要阐述了其雾化特定实验的装置及内容，最后对实验结果进行分析和总结，以期更好的把握气动雾化喷嘴的特性，了解其适应范围，研究装置的最佳操作工况。
关键词：空气雾化;雾化喷嘴;实验研究液体燃烧时污染物的排放量及燃料的燃烧效率取决于燃料的雾化质量，所以研究燃烧器的冷态流场试验的关键就是燃油燃烧器的雾化。
本文借助可适性相位多普勒激光测速仪对不同雾化压力下的喷嘴特性进行分析和研究，使试验研究数据更具指导意义，为相关研究提供参考。
1 喷嘴结构及雾化机理结合边际油田的实际状况，雾化方式为旋流式的新型内混式气动旋流雾化原油燃烧器喷嘴，其工作原理为：喷嘴的中心气管四周可以喷出油，同径向喷孔喷出的空气相混合，混合气体在燃烧室中不断进行摩擦、撞击，完成第一次雾化，之后以螺旋的方式从旋流喷头通道中将混合油气喷出，在炉膛内同空气进行掺混，完成第二次雾化[1]。
2 实验研究装置及内容在试验研究模拟过程中，对油由泵进行加压处理，使原油通过压力表和流量计之后达到喷嘴，之后进行空气过滤后，将其在往复式压缩机中进行压缩，利用喷嘴内管进入缓冲罐，最后使原油同处理后的空气进行充分的混合并喷出。
可适性相位多普勒激光测速仪是实验研究的重要设备，该设备取得液体流速信息的主要依据就是照射光光波同示踪粒子光波在流体中的频差，结合由运动粒子产生的不同光频信号（大于等于2个）的相位漂移，从而对粒子的不同信息进行明确，比如：粒子时空分布状况、粒子浓度、粒子大小等[2]。
利用可适性相位多普勒激光测速仪对雾化场进行测量的过程中，涉及到多项设备和仪器，包括多个操作环节，试验研究过程主要包括：（1）对测量点的坐标数据进行编制，将编制结果传输到至find软件并保存;（2）将自动坐标架、可适性相位多普勒激光测速仪开启;（3）在find软件中将设定好的文件打开;（4）将空气压缩机开启，并保证气体在缓冲罐中达到预定压力标准，将阀门缓缓打开;（5）将离心泵开启后，对泵的输出压力进行设定，将喷嘴阀门打开;（6）根据设定值对喷嘴水压、雾化气压进行调整，当喷嘴处的喷雾达到稳定状态时，完成测量工作。
基于DPM的旋芯喷嘴的雾化特性
基于DPM的旋芯喷嘴的雾化特性冀宏;武哲;郑直;张峰【摘要】基于离散相模型(DPM)对旋芯喷嘴雾化特性进行了数值计算,本模型中液滴破碎采用泰勒相似破碎模型(TAB).利用文本采样追踪手段记录雾化颗粒特性参数分布规律,分析喷雾压力和初始喷射角对雾化特性参数的影响.研究表明:细水雾颗粒轨迹呈非正规的中空圆锥状雾炬,雾滴颗粒主要分布在雾炬外围,在雾炬中心处几乎没有.雾滴颗粒的轴向速度随着喷雾轴向距离的增大呈降低趋势;雾滴直径随着喷雾轴向距离的增大呈先减小后缓慢增大的趋势.喷雾压力越大,喷雾方向同一截面位置的雾滴直径越小;初始喷射角越大,喷雾方向同一截面位置的雾滴直径越小,但这是以缩短喷雾射程为代价的.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】6页(P51-56)【关键词】旋芯喷嘴;液滴破碎;雾化特性;雾炬【作者】冀宏;武哲;郑直;张峰【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学甘肃省液压气动工程技术研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学甘肃省液压气动工程技术研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学甘肃省液压气动工程技术研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学甘肃省液压气动工程技术研究中心,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH137细水雾技术作为水液压的一个分支，具有安全、耗水量少、对环境无污染、体积小和重量轻等诸多优点，已成为液压领域新的重要发展方向之一，在灭火和抑制尘埃等领域具有广阔的应用前景，并迅速成为国际液压界普遍关注的热点[1-2].细水雾喷嘴是细水雾抑制尘埃系统中不可缺少的关键元件之一，其结构形式直接决定了喷嘴的雾化特性.喷嘴喷雾是受到喷嘴结构、喷雾压力和环境条件等因素综合影响的一个动态过程[3] ，近年来国内外许多学者对喷嘴喷雾开展了相关的研究.范明豪等[4]对高压雾化喷嘴进行了理论分析和试验研究，得出压力是影响喷嘴雾化特性的关键因素.Ramon、Miller和陈斌等[5-7] 对喷嘴的雾滴分布特性及应用进行了研究.李宝仁等[8]利用计算流体动力学对一种气泡雾化喷嘴进行了数值模拟，分析了连续相与离散相的耦合，为雾化喷嘴的优化设计提供了一定的指导.侯燕等[9]对多喷嘴雾场进行了数值模拟，给出了喷嘴数目对雾滴速度和粒径大小分布的影响.杨国来等[10]利用FLUENT对两种不同结构型式的圆锥形喷嘴进行了两相流数值模拟分析，揭示了水滴的稳定性主要取决于空气动力与表面张力的比值.由于雾化过程的复杂性，上述仿真和试验研究都是以简化近似的雾化模型来描述喷嘴喷雾的动态过程，所建立的雾化模型一般假定液体喷出后瞬时破碎成尺寸一定的小液滴，从而绕过了初始液滴的破碎过程，对液滴分布规律的描述并不理想.本文基于泰勒相似破碎模型(Taylor analogy breakup model，TAB)和离散相模型(Discrete phase model，DPM)对旋芯喷嘴雾化特性进行了数值计算，仿真了不同喷雾压力和初始喷射角时旋芯喷嘴的喷雾动态过程，采样记录了雾炬不同截面的特性参数，获得了雾化颗粒直径和轴向速度等特性参数的分布规律，分析了喷雾压力和初始喷射角对雾化特性参数的影响.本研究对于深入认识雾化机理和旋芯喷嘴雾化特性参数分布规律具有重要的指导意义.1.1 计算模型图1是细水雾抑制尘埃系统中旋芯喷嘴的结构图，主要包括喷嘴主体和喷孔.喷嘴主体为中空圆柱体，喷嘴主体内设有螺杆，螺杆的外表面设有两条圆弧形螺旋槽，螺杆滑装在喷嘴主体内，与喷嘴主体内壁面形成旋流通道，在喷嘴主体的下部设有轴向通孔即喷孔.图2是旋芯喷嘴三维喷雾几何模型.其主要尺寸参数为：喷嘴主体通径D1=10 mm，螺杆长度L1=9 mm，喷孔直径d=0.6 mm；空气柱直径D2=800 mm，长L2=800 mm.分别对喷嘴内流域和雾化区域进行几何建模，雾化区域包括旋芯喷嘴喷孔和空气柱两部分.在喷嘴出口处建立空间直角坐标系，坐标原点o为喷嘴中心线与出口边界所在平面的交点，规定 y轴正方向为旋芯喷嘴的喷雾方向.1.2 网格划分本文利用Gambit对几何模型进行网格划分，网格采用适应性强的四面体非结构化网格.考虑到喷嘴螺旋槽和喷孔处速度梯度大，对其进行局部网格加密，保证螺旋槽和喷孔处至少5层网格.雾化区域网格单元总数为240万.1.3 计算条件和边界条件设置Fluent提供的TAB及DPM模型可以模拟细水雾颗粒的破碎、合并以及液滴在连续相(空气)中所受的曳力和运动轨迹.以上过程均在雾化区域内完成，认为旋芯喷嘴内流场仍是纯液相单相流动.初始液滴破碎采用文献[11]的TAB模型来描述，它是一种较为经典的液滴破碎模型，相比Wave模型，TAB模型在计算低速射流方面具有优势.DPM模型是基于欧拉-拉格朗日法的多相流模型，可以模拟连续相(空气)的湍流流动和离散相(液滴)在连续相中的运动轨迹以及液滴的合并团聚.相比欧拉-欧拉模型，其优点是液滴在流场中的分布和演化情况清晰可见，能够较好地统计分析液滴的特性参数随流场空间尺度的变化关系.在TAB模型中振荡与变形的液滴在曳力、表面张力和黏性力三种力的共同作用下发生破碎,其振荡变形的控制方程为式中：y为初始液滴距喷嘴出口的轴向距离.方程系数由泰勒相似得到，其中：式中：ρl为离散相的密度；ρg为连续相的密度；u为液滴的相对速度；r为初始液滴的半径；σ为液滴表面的张力；μl为液滴的动力黏度；CF、Ck、Cd为无量纲常数.液滴破碎准则：当液滴的振荡变形程度为初始液滴半径的一半时(y≥0.5r)，则认为初始液滴发生破碎.本文在拉格朗日坐标下对颗粒受力运动方程积分得到离散相颗粒的轨道方程.连续相通过时均N-S方程来求解，湍流模型采用标准k-ε模型.首先计算连续相流场即气体，待计算收敛后，作为两相流的初始场；然后加入离散相，使离散相与连续相耦合计算直至收敛，计算可得颗粒的轨迹、速度和直径等参数.离散相与连续相的耦合方式选择动态曳力模型，并假定颗粒为理想球形.颗粒的受力运动方程 [11]为式中：u为连续相速度矢量；up为颗粒速度矢量；ρg为连续相密度；ρp为颗粒密度；g为重力加速度；F为颗粒单位质量其他作用力矢量；FD(u-up)为颗粒单位质量曳力矢量，其中：式中：μ为流体动力黏度；dp为颗粒直径；CD为曳力系数；Re为相对雷诺数，且：介质的物性参数：气体密度为1.225 kg/m3，气体动力黏度为1.780×10-5 Pa·s；喷射介质为常温净水，密度为998.2 kg/m3，动力黏度为1.003×10-3Pa·s.边界条件的设定：连续相气体进口边界条件为速度入口，大小为1.5 m/s，出口边界为自由出流；液相进口为压力入口，压力值为喷嘴标准压力；壁面采用无滑移壁面边界条件，离散相边界条件为escape类型，当颗粒物运动到此处被标记为逃逸并终止轨道计算；收敛残差精度取10-6.2.1 旋芯喷嘴流动特性旋芯喷嘴的结构形式直接决定了喷雾的动态过程，且压力旋流雾化模型是用喷嘴的物理及尺寸参数(如喷孔直径、质量流率等)来计算初始颗粒尺寸、速度和位置.因此，对喷嘴流动特性在三种工况下(见表1)进行数值模拟，记录喷嘴喷孔处质量流率.图3是模型2旋芯喷嘴内部流线图.为了清晰地观测旋芯喷嘴的流动特性，将旋芯喷嘴内部流线图绕x坐标轴顺时针旋转45°.由图3可知，水流进入喷嘴后，在双螺旋槽的整流作用下作高速旋转运动，经过喷嘴喷孔时过流面积急剧收缩，流速急剧增大，高速旋转的液体呈麻花绞股状流束从喷嘴出口喷出.2.2 雾化颗粒分布特征考虑到篇幅所限，本文仅对喷雾压力为1 MPa，初始喷射角为80°时雾化颗粒的分布特征进行统计分析.图4给出了喷雾时间为1.6 s时雾化颗粒直径的分布云图. 由图4a可见，水自旋芯喷嘴喷出后向雾化区域扩散，形成了一个外形呈渐扩开口的圆锥状雾炬，其由大小不等的雾滴群颗粒组成，且随着喷雾的发展，雾炬产生了一定程度的收缩.图4b是雾炬在y=200 mm截面处的雾滴分布图，可以看出喷雾形状为环形，雾滴颗粒主要分布在雾炬的外围，雾炬中心处几乎没有雾滴颗粒，说明细水雾颗粒轨迹呈中空的圆锥状雾炬.这是由于水流自喷孔喷出时呈高速旋转的麻花绞股状流束，其离心力将克服表面张力，使流束呈渐扩开口、旋转中空的圆锥状薄膜.与此同时圆锥薄膜截面的直径迅速增大，并与空气发生强烈的相互作用，使中空圆锥薄膜撕裂破碎，形成初始雾滴.初始雾滴在表面张力、曳力和黏性力的共同作用下受力不平衡，继续发生振荡变形进而撕裂破碎为大小各异的细小雾滴群，最终形成非正规的中空圆锥状雾炬.图5是产品样本同一规格产品在喷雾压力为1 MPa时喷嘴外部流场高速摄影图[12]，对比分析图4和图5，流场仿真得到的雾化形状与实验拍摄到的雾化形状基本一致，说明流场仿真结果与实验结果吻合较好. 为了定量地显示雾化颗粒尺寸分布特征，在喷雾方向y=20 mm处开始按等步长建立采样截面，采取文本采样追踪手段对其特性参数进行采样记录，然后将采样文件(*.dpm)数据利用Origin软件进行统计分析.图6为y=200 mm截面和y=400 mm截面雾滴直径分布统计直方图.由图6可知，两截面雾滴直径均在80～400 μm，属于细水雾的范畴.喷雾方向y=200 mm截面雾滴直径分布在220～420 μm的雾滴数目约占该截面雾滴总数目的38%，而喷雾方向y=400 mm截面雾滴直径分布在220～420 μm的雾滴数目约占该截面雾滴总数目的53%.可见随着喷雾的发展，细水雾颗粒直径逐渐增大，这是细水雾颗粒在飞行过程中发生合并团聚的必然结果.2.3 喷雾压力对雾化特性参数的影响细水雾品质与雾滴大小、尺寸均匀度、雾滴速度等特性参数有关.由于仿真的喷嘴结构形式已确定，因此雾化特性参数只取决于喷雾压力.故在雾化特性的研究中把不同的喷雾压力与质量流率组合作为研究变量，仅对雾滴的轴向速度和直径大小进行仿真分析.为了方便描述和衡量喷雾方向雾滴直径和轴向速度的变化规律，本文采用平均直径和平均速度两个指标来近似等效文本采样追踪记录下通过雾炬截面的雾滴群颗粒直径和轴向速度.设想某截面是一个雾滴特性均匀的雾场，它在某方面的特性可以替代实际喷嘴喷雾不均匀的雾场特性，就大量的雾滴群颗粒而言这种近似等效不失普遍性.图7为喷嘴在不同喷雾压力下的雾滴轴向速度随喷雾轴向距离增大的变化曲线，图8为喷嘴在不同喷雾压力下雾滴直径随轴向距离增大的变化曲线.由图7可知，当旋芯喷嘴在三种喷雾压力下，雾滴颗粒的轴向速度随着喷雾轴向距离的增大均呈降低趋势.从图7中还会发现，喷雾压力对雾滴颗粒轴向速度的影响比较明显.在距离喷孔约200 mm之内，喷雾压力越大雾炬同一截面位置的雾滴颗粒轴向速度切线斜率越大，雾滴轴向速度降低趋势越明显.但喷雾距离大于200 mm之后，不同喷雾压力下雾滴颗粒轴向速度降低趋势趋于平缓，这是因为水薄膜喷出喷嘴后与空气发生剧烈的能量交换，致使雾滴轴向速度锐减.由图8可知，雾滴颗粒离开喷嘴后，随着喷雾轴向距离的增大，雾滴直径经历先减小后缓慢增大的过程，说明流束自喷嘴喷出后并未瞬时破碎为细小雾滴，而是经历了一个流束雾化、初始雾滴破碎、碰撞与合并的动态过程.喷雾压力越大，喷雾方向同一截面位置对应的雾滴直径越小，变化趋势越明显.这是因为在距离喷嘴喷孔较近时，喷雾截面半径较小，初始雾滴来不及与空气耦合作用而充分撕裂破碎；随着喷雾轴向距离的增大，雾滴已有足够的距离与空气发生耦合作用致其充分破碎，所以雾滴直径在刚离开喷孔后随着轴向距离的增大而减小.雾滴充分破碎之后，由于颗粒的碰撞与合并，导致雾滴直径呈增大的趋势.综上所述，雾炬的发展是一个液相与气相相互作用的动态过程，喷雾压力对雾化特性参数的影响作用显著，要想获取细微高速运动的细水雾粒子，适当增加喷雾压力是可行的.2.4 初始喷射角对雾化特性参数的影响根据前文可知，雾炬的外形呈非正规圆锥形，为度量圆锥形的扩张程度本文采用初始喷射角表征.初始喷射角是喷嘴出口中心到雾炬外边界两条连线之间的夹角,初始喷射角决定了雾化颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方向.因此，取喷雾压力为1 MPa，对初始喷射角分别为80°、85°、90°时雾化特性参数的变化进行仿真分析.图9为旋芯喷嘴在不同的初始喷射角下雾滴颗粒轴向速度随喷雾轴向距离增大的变化曲线，图10为旋芯喷嘴在不同初始喷射角下雾滴直径随轴向距离增大的变化曲线.从图9可以看出，旋芯喷嘴雾滴颗粒轴向速度随着轴向距离的增大呈降低趋势，且初始喷射角越大，喷雾方向同一截面位置对应的雾滴颗粒轴向速度相对越小.由图10可知，雾滴直径随轴向距离变化曲线与图8变化趋势基本一致，但初始喷射角越大，雾滴直径相对越小，这是因为初始喷射角越大，在相同的雾炬截面上，喷雾半径越大，雾滴颗粒与气体的曳力耦合作用越充分，造成雾滴轴向速度迅速减小，损失的动能转化为摩擦能，使雾滴破碎越充分，雾滴颗粒直径相对越小.可见初始喷射角对雾化特性参数的影响作用显著，但考虑喷雾射程等因素，初始喷射角不能没有限制地增大，因此，根据喷嘴的安装高度合理设计初始喷射角很有必要.1) 旋芯喷嘴螺旋槽对喷雾整流作用明显，形成的细水雾颗粒轨迹呈非正规的中空圆锥状雾炬，是由大小不等的雾滴群颗粒组成.雾滴颗粒主要分布在雾炬的外围，雾炬中心处几乎没有雾滴.2) 流束自喷嘴喷出后并未瞬时破碎为细小雾滴，而是经历了一个流束雾化、初始雾滴破碎、碰撞与合并的动态过程.雾滴轴向速度随着喷雾轴向距离的增大呈降低趋势，雾滴直径随着喷雾轴向距离的增大呈先减小后缓慢增大的趋势.喷雾压力对雾化特性参数的影响作用显著，喷雾压力越大，喷雾方向同一截面位置对应的雾滴颗粒直径越小.3) 初始喷射角越大，喷雾方向同一截面位置对应的雾滴颗粒直径相对越小，但这是以缩短喷雾射程为代价的.【相关文献】[1] 杨华勇,周华,路甬祥.水液压技术的研究现状与发展趋势 [J].中国机械工程,2000,11(12):1430-1433.[2] 李松晶,阮健,弓永军.先进液压传动技术概论 [M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008:149-150.[3] BUCKNER H N,SOJKA P E.Effervescent atomization of high viscosity fluids[J].Atomization and Spray,1993,3:157-170.[4] 范明豪,周华,杨华勇.高压细水雾灭火喷嘴的雾化特性研究 [J].机械工程学报,2002,38(9):17-21.[5] RAMON H,LANGENAKENS J.Model-based improvement of spray distribution by optimal positioning of spray nozzles[J].Crop Protection,1996,15(2):153-158.[6] MILLER P C H,ELLIS B.Effects of formulation on spray nozzle performance for applications from ground-based boom sprayers [J].Crop Protection,2000,19(8):609-615.[7] 陈斌,郭烈锦,张西民,等.喷嘴雾化特性实验研究 [J].工程热物理学报,2001,22(2):237-240.[8] 李宝仁,金福旭.细水雾灭火系统雾化喷嘴设计及仿真 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空气助力喷嘴雾化特性实验研究
第6卷 第4期 新 能 源 进 展Vol. 6 No. 42018年8月ADVANCES IN NEW AND RENEWABLE ENERGYAug. 2018* 收稿日期：2017-12-19 修订日期：2018-04-19 † 通信作者：曹建明，E-mail ：jcao@文章编号：2095-560X （2018）04-0267-07空气助力喷嘴雾化特性实验研究*曹建明†，李跟宝，朱 辉（长安大学 汽车学院，西安 710064）摘 要：人造冻云是飞机强度全天候实验室的必备研究项目。
根据美国航空管理局FAA 附录C 中的规定，人造冻云的液态水含量为0 ~ 3.0 g/m 3，中值直径为15 ~ 50 μm 。
本文对我国飞机强度全天候重点实验室拟选用的内混式空气助力孔式喷嘴的雾化特性进行了测量。
研究了不同空气助力压力、不同水流量和不同喷嘴结构尺寸对宏观和微观喷雾特性及液态水含量的影响，提出了改善雾化质量以满足人造冻云要求和优选喷嘴的方法。
结果表明：喷雾锥角越大、空气助力压力越高、水流量越小、喷嘴尺寸越大，则雾化水滴颗粒越小、雾化质量越好。
关键词：人造冻云；空气助力孔式喷嘴；喷雾特性；液态水含量；中值直径中图分类号：TK421.43 文献标志码：A doi ：10.3969/j.issn.2095-560X.2018.04.003Experimental Investigation on Spray Characteristics ofAir-Assistant NozzleCAO Jian-ming, LI Gen-bao, ZHU Hui(Automobile Faculty, Chang’an University, Xi’an 710064, China)Abstract: Artificial freezing cloud test is an essential research project for an all-weather laboratory of the aero-plane intensity. According to FAA Appendix C, a range of liquid water content in air for artificial freezing cloud is 0 ~ 3.0 g/m 3; a range of middle diameter in spray is 15 ~ 50 μm. Atomization characteristics of the air assistant hole nozzles intended by all-weather key laboratory of the aero-plane intensity in China are measured. It is investigated that macroscopic and microcosmic spray characteristics and liquid water content in air are influenced by various air assistant pressures, water flow rates and atomizer sizes. Some specific methods of improving spray quality are proposed to satisfy the condition of artificial freezing cloud and selective preference atomizers. The results show that spray quality can be improved and water droplet size be reduced by larger spray angle, higher air assistant pressure, lower water flow rate, and larger nozzle size Key words: artificial freezing cloud; air assistant hole nozzle; spray characteristics; liquid water content in air; middle diameter0 前 言人造冻云是飞机强度全天候实验室的必备研究项目。
压力对直射式喷嘴雾化影响的机理研究
影响较小ꎮ 使用 ＴＡＢ 模型的数值模拟结果能很好的预测出与实验一致的直射式喷嘴雾化特性ꎬ可应用于工程设
计ꎮ
关键词:直射式喷嘴 雾化 喷雾锥角 ＴＡＢ 模型 航空发动机
中图分类号:Ｖ２３１. ２ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００２－６８８６(２０１９)０６－００４６－０４
ｓｕｒｅꎬｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈｅ ｓａｕｔｅｒ ｍｅａｎ ｄｉａｍｅｔｅｒ ( ＳＭＤ) ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈｅ ｓｐｒａｙ ａｎｇｌｅ. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｐｒｅｓｓｈｅ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄꎻｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓ ｍｏｒｅ
等 [１] 通过实验研究了多孔喷嘴与单孔喷嘴的喷雾
特性ꎬ并进行对比ꎬ发现多孔喷嘴的雾化液滴 ＳＭＤ
比单孔喷嘴小得多ꎬ且多孔喷嘴能够加速喷雾过程ꎮ
Ｐａｙｒｉ 等 [２] 通过实验研究了不同孔径的直射式喷嘴
喷雾液滴速度的分布特性ꎬ发现实际喷雾过程中轴
向速度参数呈径向分布ꎬ和高斯分布相似ꎮ 通过实
验手段研 究 雾 化 特 性 的 主 要 方 法 是 ＰＤＡ、 全 息 成
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｔａｙｌｏｒ Ａｎａｌｏｇｙ Ｂｒｅａｋｕｐ
( ＴＡＢ) ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓꎬｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ.
气动扇形喷嘴雾化特性的实验研究
气动扇形喷嘴雾化特性的实验研究池保华;仲伟聪;杨国华;洪流【摘要】为研究气动扇形喷嘴雾化特性,设计加工了不同角度、不同出口形式和不同尺寸的5种扇形喷嘴,并搭建了试验台架系统,进行了喷嘴雾化试验.根据试验测量结果,从流量特性和雾化特性方面分析了气液比、喷嘴结构等对喷嘴流量系数、喷雾场雾化粒径分布的影响,并定性给出了喷嘴结构对雾化特性的影响规律.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2013(039)003【总页数】6页(P38-43)【关键词】扇形喷嘴;雾化试验;雾化特性;气液比;喷嘴结构【作者】池保华;仲伟聪;杨国华;洪流【作者单位】西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】V434-340 引言喷嘴是液体燃料燃烧装置中不可缺少的一个关键组成部分，在液体火箭发动机和航空发动机中都有广泛应用。
国内外对雾化方法进行了试验与理论研究，发展了各种不同类型的喷嘴。
目前普遍应用的喷嘴主要有机械式喷嘴、气动喷嘴和旋转式喷嘴等[1]。
气动喷嘴是采用空气或蒸汽作雾化介质，利用气液两相的作用力将工质雾化，有高压和低压两种类型。
常见喷雾场形式有实心锥、空心锥和扇形等，喷雾场的雾化粒径分布、流强的空间分布、雾化角度和喷射速度等直接影响燃烧效率、稳定性和热防护，研究其雾化特性对燃烧装置的设计有重要指导意义[2-3]。
本文根据常用气动喷嘴的设计基础，结合扇形喷雾场的形成方法，设计加工了5种扇形喷嘴，研究了气液比、临界面积、喷口面积对扇形喷雾场流量系数和雾化粒径分布的影响，并定性给出了喷嘴结构对雾化特性的影响规律。
1 喷嘴设计以气动雾化理论为基础，设计加工了5种喷嘴，喷嘴参数见表1，结构见图1。
水和压缩空气分别从液体通道和气体通道进入，液体通道位于喷嘴中心位置，4路气体通道呈中心对称分布，液体通道和气体通道夹角为45°。
三组元喷嘴雾化特性的试验研究
三组元喷嘴雾化特性的试验研究摘要本文旨在评估三组不同类型的元喷嘴，以了解它们对雾化气体特性的影响。
根据作为材料的喷嘴，分别采用风速、空间定位和湿度测量气体特性。
通过研究比较不同类型的元喷嘴雾化的特性，我们确定每种喷嘴的优势和劣势，并提出相关建议，以确保高效有效的雾化气体特性。
关键词元喷嘴；雾化；气体特性；风速；空间定位；湿度正文本文旨在评估三组不同类型的元喷嘴，以了解它们对雾化气体特性的影响。
特别是，研究旨在比较四种不同类型的元喷嘴，以确定它们在雾化气体特性方面的差异。
这些类型包括纵向流动型，螺旋流动型，涡流流动型和波浪流动型。
研究中使用的元喷嘴有一号，二号，三号和四号，它们包括长度，内径和外径的变化。
采用风速，空间定位和湿度三种不同的方法来测量气体特性，以评估这些喷嘴的效果。
结果表明，四号喷嘴显示出最佳的雾化效果，而一号喷嘴表现最差。
因此，这些结果可用以确定每种喷嘴的优势和劣势，并提供有关如何确保高效，有效的雾化气体特性的建议。
元喷嘴的最大优势在于它们能够有效地雾化气体，从而使气体达到理想的形态和特性。
目前元喷嘴已广泛应用于多个行业，其中包括医疗，冶金，石油和天然气。
在医学方面，元喷嘴可用于药物喷射，以达到更准确的剂量控制。
喷嘴可以有效地将药物分解成小粒子，可以减少药物不良反应的风险。
例如，对于甲状腺癌患者，可以使用喷嘴喷射核素131，使用极低的剂量就可以达到有效的治疗效果。
此外，元喷嘴也可用于冶金行业中的冶炼过程，可以将物质迅速加热到相当高的温度。
在石油和天然气行业中，可以使用元喷嘴来燃烧油气，以提高光热效率。
此外，元喷嘴还可用于保护和改善机器性能，以及添加冷却剂，减少热效应带来的传热损失。
因此，元喷嘴可以广泛应用于多个行业，其原理在于将物质有效地分散为微粒，使之达到最佳的状态。
此外，还可以通过改变喷嘴的形状和参数来改变雾化的气体特性，从而获得更好的效果。
因此，元喷嘴是一种有效，针对性强的雾化技术，可以满足不同行业的不同需求。
稳压器喷雾头雾化性能试验研究
压水堆(PW R)在当前核电及核动力装置中广泛应用的成熟堆型。
压水堆稳压器的喷雾系统，对反应堆的运行与安全具有重要影响。
无论是反应堆压力控制与保护，还是去除冷却剂系统中裂变及其它有害气体，都依赖于稳压器喷雾过程中雾化液滴与蒸汽间充分的热质交换。
由于喷雾机理的复杂性，到目前为止还没有能够完整、准确描述喷雾头性能的好方法。
即使目前广泛应用的雾化模拟也在很大程度上取决于喷口附近的液滴粒径和速度分布作为初始或者边界条件能否被确定。
从而可以看出，在没有获得能更好预测的喷雾性能的方法前，试验研究是获得喷雾头性能各项参数的一项重要方法。
应用于压水堆稳压器的大型喷雾头，其共同特点是：喷雾头尺寸和喷雾流量大，液滴粒径分布范围较广，普通粒径测量仪器不适用于该类型喷雾头测量。
该文分别针对该类型喷雾头的流动特性、雾化锥角、流量密度分布和雾化粒径四项参数提出了一套完善的试验方案，并取得了较为满意的试验结果。
1 试验系统介绍该试验系统使用介质为水。
系统如图1所示，共由三部分组成，分别为主循环管路部分、旁通部分和排水部分。
旁通管路从主管路上截止阀前接出，直接返回池内，达到为主管道分流、减压的目的。
旁通管路上设有截止阀，起开关与调节旁通介质水量的作用。
经过喷雾头的流量和压降数值分DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2015.36.147稳压器喷雾头雾化性能试验研究①兰治科1 刘文兴1 鲁晓东1 苏光辉2 昝元锋1 卓文彬1(1.中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室 四川成都 610041；2. 西安交通大学核科学与技术学院 陕西西安 710049）摘 要：根据压水堆稳压器喷雾头流量大、雾化区域覆盖范围广等特点，通过对喷雾头流动特性、雾化锥角、流量密度分布和雾化颗粒度四项试验，提出了一套详细、完善的测量和数据处理方法。
通过三个不同固定视角摄像法测量雾化锥角，并与流量密度分布中获得角度数据进行对比。
基于LDV／PDPA系统对某发动机喷嘴的雾化粒度研究
基于LDV／PDPA系统对某发动机喷嘴的雾化粒度研究随着科技发展，激光散射和干涉原理在测试技术方面的应用不断发展，如激光散射应用、激光多普勒应用、诱发激光荧光技术、全息激光技术、微粒图像速度场模拟等，这些均可用于雾化测试。
多普勒微粒相位分析仪（Phase Doppler Particle Analyzer，PDPA）是多普勒激光测速仪（Laser Doppler Velocimeter，LDV）功能的细化，它实现了在测定流速时，同时测出跟随颗粒的微粒直径、空间浓度等物理量。
本文依据LDV/PDPA的工作原理，对某型号的喷嘴进行粒度研究。
标签：LDV/PDPA系统；工作原理；雾化粒度1 LDV/PDPA系统工作原理及研究方法LDV的原理是采用激光照射运动中的喷雾微粒，激光照射到运动的微粒时发生散射，通过对入射光和散射光的频率进行对比，得到正比于微粒速度的多普勒频移量，通过测量频移量，从而得到微粒的运动速度。
测量过程中，激光不会对流产生干涉，并且具有较高的空间和时间分辨率；缺点是不能测量瞬间喷雾场进行整体测量，只能通过空间逐点测量。
本试验中采用二维PDPA系统，使喷嘴由上向下运动，从而测得多个截面情况的雾化特性，进一步推算出燃油雾化度与燃油速率之间的函数关系。
喷嘴雾化度的一般采用索太尔平均直径SMD（Sauter Mean Diameter）表示。
索太尔平均直径表示的是燃烧室的综合性能。
燃油从喷嘴喷射出来后，由许多尺寸各不相同的雾滴组成了喷雾。
这些不同的雾滴大小反映了雾化程度，是评定雾化的主要性能指标。
雾化后的颗粒大小是不均匀的，最大和最小可能相差100倍，所以一般用液滴平均直径来表示液雾微粒群的细度。
其中平均直径，是用一个理想化的相同尺寸的液雾来代替原来的液雾，保持原液雾的其中一个特征量不变。
燃油雾化目的是在燃烧过程中增大燃油实际表面积，从而增加其蒸发效率，提高燃烧效率。
如果，以保持原液雾的表面积不变的原则得出平均直径，即索太尔平均直径（Sauter Mean Diameter，SMD）是最常用的；SMD也常用D32来表示，D表示直径，下角中3表示体积的方次，2表示面积的方次。
不同液相孔径对MTP反应器喷嘴雾化性能的影响
不同液相孔径对MTP反应器喷嘴雾化性能的影响庄壮;匡建平;雍晓静;梁健;罗春桃;张世程【期刊名称】《天然气化工》【年(卷),期】2016(041)006【摘要】MTP反应器喷嘴是双通道外混合式雾化喷嘴，其液相孔直径能够影响喷嘴的雾化性能，尤其影响到索泰尔平均粒径和粒径分布等相对应的性能。
设计不同直径的液相孔，利用N 2–H 2O模拟系统，通过“冷模”实验，考察了不同液相孔直径下MTP反应器喷嘴液相流量与压差的关系，研究了不同气液质量比下液相孔直径与索泰尔平均粒径、粒径分布之间的关系。
结果表明，当气液质量比介于8.70~20.32之间时，索泰尔平均直径随液相孔径的增加先降低后增加，其变化范围介于0.2~2.6μm之间。
一次雾化后，喷嘴粒径分布随着液体质量流量增加逐渐变宽；二次雾化对应粒径分布介于5.1~48.8μm之间。
【总页数】6页(P78-83)【作者】庄壮;匡建平;雍晓静;梁健;罗春桃;张世程【作者单位】神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油化工研发中心研发中心，宁夏银川 750411;神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油化工研发中心研发中心，宁夏银川 750411; 中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 201108;神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油化工研发中心研发中心，宁夏银川 750411;中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 201108;神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油化工研发中心研发中心，宁夏银川 750411;中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 201108【正文语种】中文【中图分类】TQ221.21【相关文献】1.压力型雾化喷嘴射流喷雾气-液两相流数值模拟 [J], 梁钦;高贵军;刘邱祖2.甲醇制丙烯反应器雾化喷嘴的性能研究 [J], 梁健;庄壮;邬文燕;闫玉强;曾磊赟;苏毅3.甲醇制丙烯反应器喷嘴雾化性能的研究 [J], 庄壮;匡建平;雍晓静;梁健;罗春桃;张世程4.甲醇制丙烯(MTP)反应器雾化喷嘴堵塞原因探析 [J], 苏慧;庄壮;雍晓静5.外混合喷嘴液相孔尺寸对雾化性能的影响 [J], 姚敏;庄壮;梁健;金政伟;匡建平;雍晓静因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
重油催化原料油雾化喷嘴
雾化的主要目的是使液体产生高的表 面积与质量比，雾化产生的条件是液体与 周围气体之间存在较高的相对速度。
3
中国石油大学（北京）化工学院
1.2 雾化的基本原理
液体雾化主要方式有： 压力式，旋转式，气力式
▲压力式：使液体在一定的压力下通过一个一定 形状的小孔而雾化，适用于水溶液的喷洒。 ▲旋转式：离心式液化利用很低的压力，主要用 于液体供应，使液体在一个高速旋转的园盘上沿 径向流动，最后从园盘的边缘飞出形成液滴。 ▲气力式：应用高速气流冲击液体使其雾化。
12
中国石油大学（北京）化工学院
2.2.4 旋流式雾化喷嘴（BWJ型）
该喷嘴的雾化机理是,原料油从混合室侧面进入,雾化蒸汽沿轴线进 入混合室,混合腔内的气液两相流体,在一定压力作用下进入涡流的螺旋通 道,快速回旋激烈掺混,使液体的粘度和表面张力进一步下降,随着旋流室 直径的减小,切向速度相应增大,液体在离心力作用下展成薄膜,在与气体 介质的作用下实现第一次破碎雾化。之后,汽液两相雾流再通过加速段和 稳定段形成汽液两相稳定的雾化流,在半球形喷头内进一步加速经扁槽外 喷口喷出,实现第二次雾化。
16
中国石油大学（北京）化工学院
2.3 高效喷嘴在RFCC中的应用
洛阳高新柯恒石化技术有限公司研发的 CCK-ⅣA
特点： ①结合国内外雾化喷嘴的优点，更适合原油不断变重的趋势。 ②充分利用雾化蒸汽的能量，适用于蒸汽压力波动较大的装置。 ③采用多级雾化，雾化后原料油平均粒度45um左右，雾化粒 径衰减快。 ④节约蒸汽用量，减低催化剂和蒸汽的单耗。 ⑤经过特殊工艺的处理，耐磨性大大优于渗硼工艺处理的喷嘴。
7
中国石油大学（北京）化工学院
2.2 FCC进料喷嘴类型
稳压器喷雾头雾化性能试验研究
稳压器喷雾头雾化性能试验研究兰治科;刘文兴;鲁晓东;苏光辉;昝元锋;卓文彬【摘要】根据压水堆稳压器喷雾头流量大、雾化区域覆盖范围广等特点,通过对喷雾头流动特性、雾化锥角、流量密度分布和雾化颗粒度四项试验,提出了一套详细、完善的测量和数据处理方法.通过三个不同固定视角摄像法测量雾化锥角,并与流量密度分布中获得角度数据进行对比.开发制作了雾化液滴流量密度收集装置,得到两个不同高度截面同一径向流量密度分布情况,从而反映出整个喷雾流场高度方向分布情况.设计制作了液滴拉径测量小室,使用摄像法获得适合拉径采集的液滴图像.最后根据试验结果,对该类型喷雾头性能特性进行了分析.【期刊名称】《科技创新导报》【年(卷),期】2015(000)036【总页数】4页(P147-149,152)【关键词】喷雾;雾化锥角;流量密度;雾化颗粒【作者】兰治科;刘文兴;鲁晓东;苏光辉;昝元锋;卓文彬【作者单位】中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610041;中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610041;中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610041;西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049;中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610041;中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TL332压水堆（PWR）在当前核电及核动力装置中广泛应用的成熟堆型。
压水堆稳压器的喷雾系统，对反应堆的运行与安全具有重要影响。
无论是反应堆压力控制与保护，还是去除冷却剂系统中裂变及其它有害气体，都依赖于稳压器喷雾过程中雾化液滴与蒸汽间充分的热质交换。
由于喷雾机理的复杂性，到目前为止还没有能够完整、准确描述喷雾头性能的好方法。
即使目前广泛应用的雾化模拟也在很大程度上取决于喷口附近的液滴粒径和速度分布作为初始或者边界条件能否被确定。
喷嘴雾化特性的PDPA实验研究进展
喷嘴雾化特性的PDPA实验研究进展
魏琪;岑旗钢
【期刊名称】《排灌机械工程学报》
【年(卷),期】2003(021)004
【摘要】喷嘴雾化在能源动力、化工、农业和环境工程中有非常广泛的应用,研究喷嘴雾化的流动特性是两相流研究中一个重要课题.对粒度分布等雾化特性的研究,有助于对喷嘴雾化机理的了解以及雾化结构的优化.本文简要介绍了PDPA基本原理和研究状况,综述了应用PDPA测量喷嘴雾化特性的实验研究进展,并提出了对此研究的展望.
【总页数】4页(P27-30)
【作者】魏琪;岑旗钢
【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江 212013;江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江 212013
【正文语种】中文
【中图分类】O358
【相关文献】
1.PDPA在燃油雾化特性实验中的应用 [J], 王成军;张宝诚;徐让书;李广平;刘凯;牛玲
2.PDPA和激光全息术对喷嘴雾化特性的对比测量 [J], 张力虎;关平;张龙;贺伟;李洪斌
3.基于PDPA的双流体撞击式喷嘴雾化特性研究 [J], 陈波;高殿荣;杨超;毋少峰;王
明哲
4.喷嘴雾化特性及其机理研究进展 [J], 李欣疏;孙鹏尧
5.PDPA在喷嘴雾化特性试验研究中的应用 [J], 贾卫东;李萍萍;邱白晶;施爱平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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试验·研究文章编号:1003-0794(2000)06-0013-02
应用PDA 系统研究喷嘴的雾化特性
翟国栋,张祥珍
(中国矿业大学北京校区,北京100083)
摘要:应用PDA 系统研究喷嘴的雾化特性,得出了雾粒的速度及分布,雾粒的粒径及分布等,对进一步研究喷嘴雾化特性与喷嘴结构以及喷雾特性与粉尘特性之间的关系有重要意义。
关键词:喷嘴;PDA 系统;雾化特性
中图号:O572.21;TQ051.7+3
文献标识码:A
1 引言
随着综采放顶煤技术的发展,煤矿生产率得到很大提高。
但此项技术带来的煤尘污染极其严重,工作面的作业环境恶劣,影响了煤矿生产和工人健康。
为了有效地防治煤尘污染,许多矿井采用了综合防尘技术,如煤层注水,液压支架喷雾降尘,放煤口引射除尘等,大大改善了工作面作业环境。
而喷雾降尘和引射除尘的关键部件是喷嘴。
本文应用PDA (三维粒子动态分析仪的英文缩写Particle Dynamics Analyzer )系统,设计了测量方案,经过计算机处理,得出了喷嘴的雾化特性,如速度分布,粒径分布等,对于进一步搞清喷雾与粉尘的相互关系,具有重要意义。
2 喷嘴雾化特性的研究2.1 射流参数测试系统
喷嘴喷出雾滴的速度和粒径以及它们的分布情况均影响射流对粉尘的捕集效率。
为了弄清这些参数,我们设计了射流参数测试系统。
该系统由喷雾子系统和PDA 子系统两部分组成(见图1)。
喷雾子系统由高压泵、进水管、回水管、喷嘴、活动窗口、集水装置等组成。
PDA 子系统由数据处理器、三维自动坐标架、激光光源、光路系统等组成,使用它来测量雾滴的速度和粒径大小等参数。
试验系统的工作原理如下:经高压泵加压后的水,由喷嘴高速喷出。
PDA 系统通过活动窗口把一束兰色激光和一束紫色激光打到水雾上,并在测量点上聚焦。
然后把水滴反射回的激光信号收集起来,送数据处理器进行处理,得到被测处雾滴的速度、粒径等参数。
2.2 测点布置
由于雾滴的速度、粒径、密度分布都会影响射流对粉尘的捕集效率,所以我们使用射流参数测试系
统能够对这些参数作出测量。
试验是在清华大学热
能工程系PDA 试验室进行的。
试验对雾化喷嘴在进水压力为12MPa 时喷出的射流进行了测量。
图1 微观测试试验系统示意图
Fig .1 Schematic of microcosmic parameter testing system
1、2.发送光源镜头 3.接收光源镜头 4.三维坐标架 5.集水装置 6.活动窗口 7.挡水板 8.喷嘴 9.进水管 10.回水管11.水源 12.高压泵 13、15.电动机 14.抽水泵 16.数据处理
器 17.计算机
由于喷嘴喷出的水雾大致呈圆锥形,可以认为
是轴对称图形,忽略重力作用,雾粒的运动速度和雾粒直径也具有轴对称性。
因此,只需测量沿射流喷射方向半个水平截面上的雾滴参数,直到伞状雾体的收缩处。
而测点沿喷雾的轴线方向每隔一段距离移动一次,在每一个半径上取若干个测点。
我们设计为当采样时间达到2min 或采到的雾滴数达到3000个时,结束采样工序。
试验除个别测点外,大多数测点都能在2min 之内采到1000个以上的雾滴样本。
2.3 试验结果
经过计算机处理,得到雾滴的速度及粒径分布表(见表1)其中x 、y 、z 方向是三维坐标系,x 方向为射流轴向方向即水雾喷射方向,y 方向与x 方向组成水平面,z 方向垂直xy 平面向上。
根据表1的数据,我们得到3个坐标方向的速度分布图(见图2～图4)和粒径分布图(见图5)。
图2表明,x 方向的速度沿喷射方向逐渐衰减,而半径方向的速度在轴线处最大,沿喷射方向的速度分布趋于均匀。
图3和图4表明,y 方向和z 方向的速度沿喷射方向变化不大,径向的速度分布也较均匀。
图5表明,粒径的分布比较均匀,其平均值为27
·
13· 2000年第6期 煤 矿 机 械
μm 。
因此可以得出结论,雾滴在x 方向上的速度最大,平均在30m /s 左右,z 方向上的速度最小、几乎为零,而粒径分布较均匀。
表1 雾滴的速度及粒径分布
Tab .2 Spray particle 's velocity and distribution
测点序号测点x 坐标/mm 测点y 坐标/mm x 方向速度/m ·s -1y 方向速度/m ·s -1z 方向速
度/m ·s -1粒径/μm 150079.813.5-0.531.62501055.220.1-1.320.641001040.416.8-0.624.851002023.214.0-1.822.36150057.216.22.731.071501034.819.3-0.125.181502018.512.8-1.624.291503012.16.4-0.727.410200049.921.8-2.331.3112001037.017.8-0.824.5122002023.012.9-2.023.0132003015.79.8-0.424.414200409.24.50.224.415300038.215.8-0.933.5163002028.215.0-1.226.6173004015.27.6-2.523.818300605.52.4-0.627.819400030.213.3-1.033.020*******.214.4-0.9430.2214004015.68.3-1.126.922400609.43.8-1.726.823400803.60.1-0.729.924500023.512.4-1.831.7255002522.912.0-1.429.4265005014.67.3-1.926.227500757.82.3-1.326.029550022.912.9-1.331.7305502521.211.5-0.89329.7315505017.68.9-0.99428.3325507510.84.4-0.77826.533
550
110
3.2
-0.2
-0.75
26.
9
图2 x 方向的速度分布图
Fig .2 Velocity distribution in x
direction
图3 y 方向的速度分布图
Fig .3 Velocity distribution in y
direction
图4 z 方向的速度分布图
Fig .4 Velocity distribution in z
direction
图5 粒径分布图
Fig .5 Distribution of spray particle 's diameter
3 结语
应用PDA 系统研究了喷嘴的雾化特性,如x 、y 、z 方向的速度和分布规律,雾粒粒径大小及分布等,为进一步研究喷嘴雾化特性与其结构之间的关系,以及喷雾特性与煤尘特性之间的关系打下了很好的基础。
参 考 文 献
[1]崔谟慎.高压水射流技术[M ].北京:煤炭工业出版社,1993[2]李海青,等.两相流参数检测及应用[M ].杭州:浙江大学出版
社,1991
作者简介:翟国栋,1973年生,助理工程师,1996年毕业于中国矿业大学机械工程系,现在中国矿业大学北京校区机电系从事机械设计和计算机辅助工程(CAE )的教学和科研工作,发表论文9篇。
收稿日期:2000-03-06
Study on the spray characters of the spray nozzle
by using PDA system
ZHAI Guo _dong ,ZHANG Xiang _zhen
(Beijing Campus of China University of M ining and Technology ,Beijing 100083,China )
Abstract :In this paper ,the disintegration character on the spray nozzle was studied by using PDA system ,some
important result can be gotten such as the velocity and distribution of spray particle ,the diameter and the distribution of spray particle etc .The study was helpful to find the further relation of the spray nozzle structure ,the disintegration character and the dust character .Key words :spray nozzle ;PDA system ;disintegration character
·14· 煤 矿 机 械 2000年第6期 。