多出口扇形喷嘴干冰喷射速冻蓝莓特性研究

为提高干冰微粒速冻蓝莓的喷嘴雾化特性,优化设计一种多出口扇形喷嘴,喷射出扇形干冰微粒射流,更均匀更快速地冻结蓝莓。建立多出口扇形喷嘴的物理模型及蓝莓速冻干冰射流流场计算模型。基于Fluent软件,采用气固两相动力学模型DPS、Realizable、k-ε湍流模型对多出口扇形喷嘴干冰微粒喷射速冻蓝莓的过程进行数值模拟研究。探究了扇形喷嘴出口不同V形切槽角(60°、70°、80°、90°)在相同的入口流量和出口孔径下,对干冰微粒在速冻腔内的流场分布、蓝莓的冻结速率和冻结均匀性等参数的影响。结果表明:随着V形切槽角的增加,扇形冲击射流宽度降低,冲击射流核心区域内的流速增加。当多出口扇形喷嘴出口V形切槽角为70°时,相比60°、80°、90°速冻腔内整盘蓝莓的冻结完成时间分布最集中,整体的冻结速度快,流场最均匀,为此喷嘴模型(入口孔径30 mm,入口流速0.25 m/s,出口为圆周布置的孔径5.2 mm×6(6个孔径为5.2 mm的出口)和中心布置的孔径2 mm×4的组合)最优出口参数。随后对模拟仿真最优结果进行实验测试,可得整盘蓝莓完成速冻的时间为119 s,冻结速率为0.50 cm/min,实验与模拟降温曲线误差为4.3%。对速冻后蓝莓的花青素含量、可溶性固形物质量分数以及失水率等进行测试,结果表明干冰速冻后蓝莓在贮藏期间的感官品质保持较好,优于速冻蓝莓标准。

高温高速来流条件下扇形喷嘴雾化特性研究

为了探索扇形喷嘴在加力燃烧室应用的可行性,采用Mie散射和PLIF激光测量系统对其在高温高速环境中的雾化特性开展了研究。获得了在不同来流温度、来流马赫数以及燃油流量条件下燃油轨迹变化规律、蒸发距离及气液两相分布特性,并拟合了穿透深度经验公式。试验结果表明:在来流温度850~1 250 K,马赫数为0.15~0.35,燃油流量6~14 g/s的工况下,(1)温度升高,燃油穿透深度减小,蒸发距离变短;(2)马赫数增加,燃油穿透深度减小,蒸发距离变长;(3)燃油流量增加,燃油穿透深度增加,对蒸发距离影响较小;(4)气相燃油分布区约为液相的6倍。

结构参数对扇形喷嘴的射流性能影响研究

扇形喷嘴是轧后冷却过程中的关键部件,不同的结构参数对射流性能有着显著影响,优良的射流性能会提升冷却速率,改善板材性能。基于Fluent数值分析软件,建立扇形喷嘴的三维数学模型,研究人字型两段收缩角比值、U形槽半径、出流口长短径之比和切槽深度对扇形喷嘴射流性能的影响规律,并通过实验对模型进行验证。结果表明:在不同收缩角比值情况下,收缩角比值为4∶10时最大动压为116 kPa;在不同切槽半径的情况下,切槽半径为4 mm时最大动压为107 kPa;在不同出流口长短径比值的情况下,冲击中心点动压无明显变化,剪切层动压随着长短径比值增加而增大;在不同切槽深度情况下,冲击中心点动压无明显变化,剪切层动压随着切槽深度增加而增大。经实验验证,喷射角的平均误差率为5.05%,射流宽度的平均误差率为5.43%,考虑到喷嘴制造精度,误差在允许的范围内。

扇形喷嘴参数与雾场均匀度影响研究

为了提高扇形喷嘴喷雾流场的均匀性,采用计算流体力学,基于欧拉-欧拉法构建模型对扇形喷嘴的两相流喷雾模型进行仿真,计算喷雾流场的流量分布,通过改变喷嘴的切槽角、切深、接口形状以及喷射压力参数,研究其对于雾场分布及其均匀性的影响。仿真计算显示,扇形喷嘴的喷雾流场具有三峰的流量分布,减小切槽角、增大切深以及选择扁椭球形状的接口形状均对流量分布的均匀性有改善效果。研究结果表明:扇形喷嘴流量的三峰分布由切口与管柱之间长度的偏差产生,形成了液流的奇异点。改进喷嘴参数能够改善奇异点与雾场的扩散性能,改善流量分布的均匀性。

高压无气喷涂扇形喷嘴结构参数对内部流场影响的数值模拟

为研究高压无气喷涂中喷嘴内部结构参数对内部涂料流动状态的影响,在Fluent中对不同结构参数(收缩角,出口段长径比,出口切槽夹角)的喷嘴模型分别进行建模及数值模拟计算,黏性模型为层流模型,涂料为乳胶漆。仿真结果表明,在其他条件不变的情况下,喷嘴收缩角,出口段长径比,出口切槽夹角的改变都会对内部涂料的流动状态产生影响。随着喷嘴收缩角的增大,涂料流体的压力衰减和速度梯度也会明显加大;长径比的改变会影响流体的流速。切槽夹角对流体流速的影响较大,随着切槽夹角的增大,流体出口流速也会增加,但集束性会随之降低。

基于Fluent的洗扫车扇形喷嘴的分析与优化

扇形喷嘴是该车工作时的核心元件,其性能的优劣直接影响洗扫车的清洗效率。本文以打击力和水流量为优化目标,基于Fluent数值分析软件,建立扇形喷嘴的三维数学模型,研究V型切槽角度,V型切槽偏移量,出口段长径比,入口压力的影响规律,采用正交实验法对某专用车所生产的系列洗扫车水力系统的某型号扇形喷嘴的V型切槽角度、V型切槽偏移量、出口段长径比和入口压力这四个结构参数进行了多目标优化设计,运用综合平衡的方法解决了优化目标相互矛盾的问题。通过Fluent模拟分析,建议V形切槽半角应选取45˚,V形切槽偏移量0 mm,出口段长径比为4,入口压力为7.5 MPa。

洗碗机扇形喷嘴应用研究

提升洗净性能是洗碗机的重要研究方向之一,扇形喷嘴因为其覆盖面大、喷射均匀等优点在清洗行业应用广泛,因此提出将扇形喷嘴应用于洗碗机场景。利用CFD建立扇形喷嘴射流模型,对数值模拟结果进行分析,得出扇形喷嘴的射流特性,对比分析了圆形喷嘴和扇形喷嘴射流特性的优缺点。利用高速摄影技术,拍摄两种喷嘴的射流实况,最后通过分析洗净对比测试数据得到:扇形喷嘴喷臂洗净指数可达1.2,高于圆形喷嘴1.11。进而验证了扇形喷嘴对于洗碗机洗净效率的提升作用,为洗碗机喷臂优化提供方向。

扁平扇形喷嘴设计及试验研究

对扁平扇形喷嘴的内部结构参数设计进行了系统研究,给出了具体设计方法。最后对使用该方法设计的扁平扇形喷嘴进行了试验研究,试验证明在设计喷嘴时流量系数Cd可以从结构参数相近的试制喷嘴的试验数据中计算出来,然后按照本文讨论的设计方法完全可以设计出符合要求的喷嘴。

扇形喷嘴的低压射流特性研究

扇形喷嘴广泛应用于清洗设备中,具有清洗范围大的特点。利用Fluent软件解析扇形喷嘴的射流速度,打击力及流量特性,可以直观认识和分析扇形喷嘴的清洗性能。仿真结果表明:随着扇形喷嘴V形切槽相对偏移量增大,打击力降低;随着切槽半角的增大,清洗打击能力增加。仿真结果对于扇形喷嘴的设计和选取提供了参考。

扁平扇形喷嘴的设计研究

对侧向V型狭缝式扁平扇形喷嘴的内部结构参数设计方法进行了研究。使用该方法对一个喷嘴进行了设计,实际使用中喷洒效果符合要求。分析得出了侧向V型狭缝式扁平扇形喷嘴内部结构参数和流量间的关系:喷嘴内圆柱面半径和V型槽底部至内圆柱面轴线的距离必在一族等式约束曲线上取值,且曲线随流量增大而上移;当内圆柱面半径一定时,喷嘴流量随V型槽切口深度增大而非线性增大;当V型槽切口深度一定时,喷嘴流量随内圆柱面半径增大而非线性增大。

基于CFD的清洗用扇形喷嘴清洗参数研究

扇形喷嘴因其均匀的扁平射流能提供其较大的清洗面积而被广泛应用在工业清洗中。打击力和动压是衡量清洗效果的重要参数，合理的匹配喷嘴直径、压力、流量，能更有效、更节能地进行清洗作业。在建立了扇形喷嘴及其外流场的三维模型的基础上，运用FLUENT的VOF两相流模型对不同出口直径的扇形喷嘴在不同压力下的打击力、动压进行了比较分析。结果表明：喷嘴直径和压力的增大都会使打击力增大，但不是二者越大打击力的增大的幅度就越大；同一个扇形喷嘴，射流压力在1～21 MPa之间，打击力会随着压力的增大而增大，但增大的幅度会随之减小，如3 mm喷嘴射流压力从1 MPa提升到2 MPa射流打击力增加率为101％，但从20 MPa提升到21 MPa射流打击力增加率只有5％；相同的射流压力下，扇形喷嘴出口直径在1～3 mm之间，打击力会随着出口直径的增大而增大，但增大的幅度会随之减小，如射流压力为2.5 MPa喷嘴出口直径从1 mm提升到1.5 mm射流打击力增加率为118％，但从2.5mm提升到3 mm射流打击力增加率只有42％。

基于CFD的扇形喷嘴不同切割结构研究

扇形喷嘴越来越广泛地应用于清洗作业,但不同切割结构的扇形喷嘴具有不同的性能。采用VOF(volume of fluid)两相流模型,运用CFD(computational fluid dynamics)软件对扇形喷嘴及其外流场进行了数值模拟,研究了当扇形喷嘴出口截面面积一定时,不同的切槽形状和加工方式对清洗效果的影响。研究结果表明:相同的加工方式,V形槽的喷射角略高于U形槽,圆弧形槽的喷射角最小。但在有效作用域上和有效打击力方面,圆弧形槽的最大,U形槽略大于V形槽;水平铣槽加工方式的射流角度和质量流量均大于圆弧铣槽的;圆弧铣槽加工方式相比水平铣槽能提高V形槽和U形槽的清洗能力,但却削弱了圆弧形槽的清洗能力。

喷射参数对扇形喷嘴雾化特性的影响

针对扇形喷嘴雾化特性问题,在Ansys Fluent中基于Taylor Analogy Breakup(TAB)破碎模型,采用Eulerian-Lagrangian连续相与离散相耦合算法,实现了扇形喷嘴的液滴破碎、雾化形成及气液两相流场的非定常数值模拟,完成了喷射压力与喷雾高度2个参数对扇形喷嘴液滴速度、液滴直径、离散相模型(DPM)质量浓度、液滴通量N等雾化特性参数影响的研究,通过激光粒度仪在试验台上得到了液滴索特平均直径D_(SM),并与模拟结果进行了对比.研究结果表明:随着喷射压力的升高,液滴的速度越大,液滴在计算域内平均停留时间越短,在计算域停留的液滴数越少;液滴的索特平均直径D_(SM)、液滴体积中值直径D_(VM)、数量中值直径D_(NM)随着喷射压力的升高越来越小,喷射压力为0.3 MPa后液滴D_(SM)减小的趋势变大,这有利于改善实际作业中的雾化质量,当然在有风状态下也会加大雾滴飘逸的风险.喷雾高度对液滴D_(SM)影响不大.不同喷射压力下DPM质量浓度以及喷雾的覆盖面积不受喷射压力的影响,由于N的变化与液滴D_(SM)呈三次方,与覆盖面积A成反比关系,液滴的数量通量随着喷射压力的变大而逐渐变大.DPM的质量浓度随着喷雾高度的升高而逐渐降低,喷雾的覆盖面积随着喷雾高度的升高而逐渐变大.由于液滴的D_(SM)随喷雾高度的变化可忽略不计,因此液滴数量通量随着喷雾高度的增加而逐渐变小.不同喷射压力下和不同喷雾高度下试验和模拟计算所得到的D_(SM)变化趋势一致,整个过程的误差不超过10%.

清洗用扇形喷嘴结构参数对其内部射流的影响

采用标准k-ε湍流模型,利用计算流体软件对扇形喷嘴的内部流场进行了数值模拟;研究了当扇形喷嘴出口投影面积一定时,入口结构、出口几何参数对喷嘴内部流场和出口射流速度的影响。研究表明:锥形入口结构最有利于射流在喷嘴内的加速,可使射流在喷嘴中始终处于加速运动状态。出口段的直径影响出口段内射流的速度,出口射流速度随出口圆柱段直径的增加而增加,但存在影响其变化趋势的一个阙值直径。出口盲端的长径比和V形切槽的夹角对喷嘴内射流流态无明显影响,对出口射流速度也无明显影响。

扇形喷嘴的射流特性研究

利用Fluent软件对扇形喷嘴流场进行了可视化仿真,分析计算了冲洗压力对射流性能的影响,并且分析了打击距离和打击角度对清洗效果的影响,从而有助于确定更为合理的射流参数。结果表明:随着入口压力的增大,流量和打击力都显著增加;对某一特定规格的喷嘴而言,打击角度为15°时较为合适。

气动扇形喷嘴雾化特性的实验研究

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。

基于Fluent的清洗用扇形喷嘴内部流场的可视化研究

利用CFD前置处理软件gambit建立扇形喷嘴内部流场的可视化模型,通过fluent软件求解扇形喷嘴高压水射流各节点速度。根据速度场分布云图,分析影响扇形喷嘴高压水射流速度的主要因素。结果表明:扇形喷嘴出口盲端长度和切槽相对偏移量对其内部流场影响较大,圆柱端长度和切槽半角对其内部流场影响较小,切槽半角主要决定射流的散射角。模拟的结果为扇形喷嘴的设计选取提供了一定的理论依据,对实际工程有一定的指导意义。

非结构参数对高压扇形喷嘴射流性能的影响研究

扇形喷嘴作为高压清洗的关键部件,非结构参数对其射流特性有着重要的影响。运用Creo对喷嘴及外流场进行三维模型的建立,依据流体力学和有限元理论,使用FLUENT对射流过程进行模拟,对比理论和仿真数据以验证模型的正确性;再对入口压力(4～12 MPa)、靶距(40～120 mm)和倾斜角度(0～20°)等3组非结构化参数进行仿真模拟。结果表明:在其他相关因素确定时,随着入口压力的增大,靶面打击力和流量增大,在不损伤靶面涂层的前提下选择较大入口压力有利于提高清洗效果;随着靶距的增大,流量无明显变化,但靶面打击力先增大后减小,在100 mm时最大;倾斜角度增加,出现了靶面剪切力,有利于加快清洗速度,综合垂直力考虑倾斜角度选择10°。

新型抗冲击磨损扇形喷嘴的设计研究

从磨损机理出发,指出扇形喷嘴的主要磨损形式。分析造成扇形喷嘴磨损快、寿命短的原因,指出传统喷嘴结构上的缺陷,提出新型喇叭型出口结构的扇形喷嘴,并进行了磨损对比试验。结果表明:喇叭型出口结构可增加喷孔颈部的厚度,增强喷孔的抗冲蚀能力,可有效地减少喷嘴的磨损、延长喷嘴的寿命。

农用扇形喷嘴性能对比分析

针对目前国内仿制扇形喷嘴在田间应用喷雾性能差的问题。以德国LECHER公司生产AD120-04型扇形喷嘴与国产120-04型扇形喷嘴为研究对象,以喷雾流量、喷雾角、雾滴粒径为考核指标,进行试验对比分析,试验结果表明:德国AD120-04型扇形喷嘴压力在3.0 bar时喷雾角为120°,趋于稳定。国产120-04型扇形喷嘴在压力达到4.0 bar时喷雾角为115°;国产120-04型扇形喷嘴雾滴数量中径和体积中径在相同压力下大于德国AD120-04型扇形喷嘴。分析原因得出:扇形喷嘴数量中径和体积中径由入口流道终端形状的曲率半径R所影响,为我国仿制喷嘴质量的改进提供了参考。