气泡雾化喷嘴技术

气泡雾化喷嘴技术

摘要；介绍了气泡雾化喷嘴的结构特点、雾化机理，以及喷嘴参数对雾化性能影响的研究现状，并给出了相关的经验公式。目前的研究及实用表明，气泡雾化喷嘴可以在小气液质量流量比情况下获得较好的雾化效果，与普通的机械和介质雾化喷嘴相比，有节约燃料，减少污染等优点，具有广阔的应用前景。

关键词:气泡雾化;喷嘴;燃烧器;液雾特性

近年来.随着内燃机、然气轮机、锅炉等嫩油嫩气装置与热力设备在工业中的大量应用，环境与能源间题越来越引起人们的重视.因此如何提高此类0烧设备的影烧效率，节能降耗已经成为人们研究的热点课9之一。在这些A烧设备上，喷嘴性能的优劣影响着点火、A烧效率、燃烧稳定性、温度分布以及排气污染等各方面的性能。就燃油喷嘴而言，要求其在运行过程中、获得尽可能细的油雾，从而尽可能地增加液体燃料的表面积，使燃烧更快更充分。气泡雾化是在机械雾化，介质雾化等基础上积极探索开发出来的一种更高效、更经济、更适用的嫌料油雾化技术.研究表明，气泡雾化喷嘴相对于其它类型的喷嘴具有明显的优势，其雾化颗粒的索太尔平均直径,SAM <405m，尺寸分布指数M>2,能够与助热空气形成混合充分又均匀的液雾111,其它雾化原理并不是通过克服液体的粘性，而是通过克服液休的表面张力来达到雾化目的的[[2[.对于液体燃料，如轻柴油、重柴油、重油，渣油以及乳化抽等，它们的枯度相差很大，但表面张力却处于同一数量级，因此气泡雾化喷嘴对粘度不敏感，与其它喷嘴相比更加其有优势。由于气泡雾化喷嘴的流最系数较低，因此具有不易堵塞的优点，这使之极其适用卜燃用含有杂质的液体燃料。

1气泡雾化喷嘴的结构特点

气泡4化喷嘴根据喷嘴内部气体和液体的流动位置不同分为外气内液式和内气外液式两种结构形式.如图l所示。其特点是雾化气经过许多小孔注人液态感料中，也可以是液体经小孔拄人雾化气中.并在混合腔内形成气泡流.然后经过喷口喷出爆破。产生非常细的液雾。国内外学者对这两种结构形式都分别进行了研究。但是还没有人对这两种不同结构形式的优劣进行过详细比较。国外的研究者只是凭经验指出:液体热料流量较高时第一种形式性能较好;流贵较低时第二种形式性能较好口】.国内刘联胜岌研究后也认为在液体燃料流量较高时第一种形式性能较好，与国外意见一致.

2气泡忿化机理

图2是气泡雾化过程示意图，图3为油雾形成过程图.气泡雾化的机理是将压缩空气或燕汽以适当的方

式注人到m油中，并使两者在喷嘴混合室内形成稳定的气泡两相流动;在喷嘴出口处，由于气泡对液体的

挤压和剪切作用使液体以包含大量微小气泡的液丝或液线的形式喷出;在离开喷口极短的距离内，由于气

泡内外压差的剧烈变化，而促使气泡急剧膨胀直至破裂，同时将包裹在其周围的液膜进一步破碎，形成更加细徽的颗粒群[[3, 5, 63e

造成气泡雾化的原因一个是高速气流在喷嘴出口处对液体强烈的剪切和撕裂作用.另一个就是出口下游液体颗粒所包裹的气泡曝炸”所造成的二次雾化，如图3所示.多种因素的组合使气泡雾化获得雾滴的SMDG40gm，从而达到燃烧充分和节约燃料的目的。

3气泡雾化喷嘴的实验研究

3.1喷嘴各参数对霉化特性的影响

Lefebvre等[3]认为影响气泡雾化喷嘴雾化性能的主要的影响，提高ALR可以改善雾化液滴的尺寸分布特性，使q值增大;q值对液体喷射压力的改变并不敏感。气泡雾化喷雾空间各点的雾化颗粒均匀度指数q在3.5、5.5之(e7变动。Whitlow与Lefebvre[ 14，以及Chen 等[Isl却研究发现在混合腔内流动为完全气泡流情况下粒子尺寸分布特性q值总是保持不变，与ALR的变化无关。

3.2喷嘴各参数对流f特性的影响

由于影响因素多，气泡雾化喷嘴的流量计算困难。对于气泡流动，当近似认为两相流均匀性假设成立，在一维流动情况下，对于空气和水的混合物，泡状流动的临界速度为口‘〕一般喷嘴的流量特性研究通常用流量系数作为评价指标。通过喷嘴出口时流体的有效面积与喷嘴出口截面积之比再乘以速度系数，就是流量系数。国内外许多的研究者都得出了关于流量系数的经验公式

Sakai["']研究了混合腔内流态，把喷嘴出口两相流的流墩系数定义为实际速度与理论速度之比，得到了一种特殊类型内混式空气雾化喷嘴流量系数CD的两个经验关系式。

一般喷嘴的流量特性研究通常用流量系数作为评价指标。通过喷嘴出口时流体的有效面积与喷嘴出口截面积之比再乘以速度系数，就是流量系数。国内外许多的研究者都得出了关于流量系数的经验公式

4发展趋势

由于如何在混合室内形成理想泡状流是制约气泡雾化喷嘴发展的瓶颈，因此气泡雾化喷嘴未来的研究重点是对两相流态理论和模型的研究。为了改善喷嘴的雾化质量,博采各种雾化技术的精华，中国石油大学(华东)燃烧科学技术实验室新近开发了一种组合气泡雾化和气动雾化技术的喷嘴，用于A用乳化油。在额定负荷的稳态条件下，比较其蒸汽单耗，节油率达3.09%;所测锅炉排烟的林格曼黑度等级为0级;折算烟尘浓度为24 mg/m3;烟尘浓度减少“%;Sq的浓度减少38%- 52%;锅炉排放烟气达到国家锅炉大气污染物排放标准GB 13271一2001和北京地方标准DB11/139一2002.

5结论

利用气泡雾化喷嘴燃用燃料油，可以改善雾化效果，节约燃料，降低污染物的排放量，对减少大气污染，保护人类生活环境十分有益。气泡雾化喷嘴用于燃料油与水的乳化燃烧可以获得同样的效果。同时气泡雾化喷嘴的流量系数比较低的特点使之适合于对重渣油等含杂质液体燃料的雾化。气泡雾化喷嘴相对于其它的单相喷嘴雾化技术来说，有一明显缺点就是需要压缩气源，由于所需求的AR比较小而且气压也较低因此这一条件很好满足。气泡雾化喷嘴在工业应用方面已显示出它独特的优点，其应用前景非常广阔。