超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化特性研究

针对传统雾化喷嘴喷雾捕集微小粉尘效率不佳的问题,利用自主搭建的喷雾特性和降尘效率测试实验系统,对比分析超音速虹吸式空气雾化喷嘴与内混式空气雾化喷嘴的雾化性能和降尘效率。研究结果表明:随着供气压力增高,雾滴粒径逐渐减小;雾滴粒径随喷嘴出口距离的增加而增大;最佳雾化条件下,超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化粒径更小且雾滴分布均匀;距喷嘴30~60 cm区域内,供气压力越大,雾滴速度越快,雾滴轴向速度衰减程度越小;距喷嘴60~90 cm区域内,供气压力越大,雾滴速度越快,雾滴轴向速度衰减程度越大;在最佳雾化条件下,超音速虹吸式喷嘴对全尘、呼吸性粉尘的降尘效率高达91.46%、90.77%,内混式喷嘴的降尘效率仅为80.31%、75.22%,超音速虹吸式空气雾化喷嘴对煤粉全尘与呼吸性粉尘的除尘效率更高,降尘效果更佳。

超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化影响因素实验研究

为掌握超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化机理及特性,采用流体力学线性不稳定理论分析雾化机理,通过喷雾实验研究不同因素对雾化性能的影响及对比不同类型喷嘴的雾化效果。研究结果表明:随着距喷嘴出口距离增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴在雾滴破碎后碰撞聚合作用由强到弱,300 mm内雾滴粒径增长速率明显,300 mm外雾滴粒径增长速率较缓。随着供气压力增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾滴粒径逐渐减小,在实测距离内SMD(平均粒径)最小为17.5μm。不同供气压力下,超音速虹吸式空气雾化喷嘴随距离增加,雾滴粒径增长趋势基本一致。有效射程内供气压力为0.1~0.5 MPa时,SMD仅为17.5~31.16μm。对比实验中,超音速虹吸式空气雾化喷嘴SMD比内混式空气雾化喷嘴和X旋流型压力喷嘴小53.5%~74.0%。

取向硅钢常化冷却段空气雾化喷嘴内流场数值模拟

为改善取向硅钢常化过程带钢的冷却效果,对空气雾化喷嘴内气液两相流动过程进行三维数值模拟研究,分析空气压力和水流量对喷嘴内流场速度和液相体积分数的影响。数值计算值与实验测试值吻合良好且最大误差小于10%。结果表明:当水流量一定时,随着空气压力的逐渐增大,喷嘴内速度增大、液相体积分数减小,喷嘴出口处速度分布均匀性变差,液相体积分数分布更均匀;当空气压力一定时,随着水流量的逐渐增大,喷嘴内速度逐渐减小、液相体积分数增大,喷嘴出口处速度分布更均匀,液相体积分数分布均匀性变差;喷嘴气水压力比为1.1时冷却均匀性较好,冷却均匀性最佳的工况为空气压力0.2 MPa、水流量180 L/h。

内混式空气雾化喷嘴出口尺寸对雾化特性的影响

为了优化喷雾效果,分析内混式空气雾化喷嘴出口尺寸对其雾化特性的影响,基于自行设计的空气雾化喷嘴喷雾特性实验平台,使用粒子图像速度场仪、激光粒度仪对不同出口尺寸的空气雾化喷嘴雾化特性参数进行测定,分析其变化规律。实验结果表明:仅改变喷嘴出口尺寸时,随着出口尺寸的增加,空气雾化喷嘴气流量几乎保持线性增长趋势,而水流量呈现出对数增长的规律;其他条件固定时水流量与供水压力成正比,与供气压力成反比;气流量与供气压力成正比,与供水压力成反比;随着出口尺寸的增大,喷嘴有效射程不断增大,而雾化角逐渐变小;雾滴的索特平均直径(SMD)随开口尺寸的增加先增大后减小,空气雾化喷嘴出口尺寸为3.0 mm时SMD达到最大,出口尺寸为1.0 mm时雾化效果最好,此时雾滴粒径随时间变化标准差较小,液滴状态稳定;随着喷嘴开口的增大,雾滴速度先增大后减小,雾滴速度在轴线方向上逐渐减小。

喷嘴角度对直射式空气雾化喷嘴雾化特性的影响

航空发动机燃烧室是将化学能转化为热能的主要场所,对发动机的正常工作起着至关重要的作用,喷嘴雾化特性会直接影响燃烧室燃烧效率、火焰稳定、出口温度分布和污染物排放等,因此喷嘴雾化性能的好坏对发动机的工作可靠性、性能以及使用寿命有很大影响。直射式喷嘴结构简单,在大工况下具有良好的雾化效果,空气雾化喷嘴能够增强雾化效果,使得液雾均匀,能耗较低。因此研究流动参数对直射式空气雾化喷嘴雾化特性的影响对提升燃烧室的燃烧性能,降低污染排放具有重要意义。

基于数值仿真的水流量对空气雾化喷嘴雾化性能影响研究

内混式空气雾化喷嘴由于其不易堵塞、耗气率低、耗水量少等优点,已被广泛应用于喷雾降尘领域。为了分析内混式空气雾化喷嘴的雾化特性和降尘效果,应用Fluent软件,采用CFD算法模拟了水流量对内混式空气雾化喷嘴水流破裂长度、空气速度和雾滴粒径3种雾化参数的影响,研究得出:在供气压力不变的情况下,水流量越大,水流碎裂长度越大,喷嘴出口处气体所占比例越小,喷嘴雾化效果越弱;喷嘴出口处及混合腔内的空气速度随着水流量的增加而不断下降,液体的雾化效果随之降低;雾滴平均粒径和大粒径雾滴占有比例均随着水流量的增大而不断增大;雾滴数量随水流量增大而不断减少。

基于拉瓦尔效应的超音速喷嘴雾化性能分析与试验

为提高喷嘴的雾化性能,得到理想的雾滴粒径和均匀的雾云分布,该文首先对超音速雾化喷嘴的雾化原理进行了分析,应用拉瓦尔喷管超音速原理,对雾化喷嘴内部阀芯的锥形结构作了改进,结合Fluent流体动力学软件,分析了拉瓦尔式阀芯结构内部流场速度分布规律,然后通过喷雾试验对比分析了改进前后喷嘴的雾化效果,并探究了不同运行参数对拉瓦尔式结构喷嘴雾化性能的影响规律。数值仿真结果表明,拉瓦尔式阀芯能够产生超音速气流,对增大气液两相速度差具有显著效果;试验结果表明,改进后的拉瓦尔式喷嘴在雾化性能和效果上优于原锥形式喷嘴,气压和气液压力比的增大以及水压的减小均有利于雾滴粒径的减小,其中气液压力比在0-3区间内,雾滴粒径下降幅度高达90.56%,当气液压力比为6时,雾滴粒径达到最小值18.52μm。该文研究内容可为超音速雾化喷嘴进一步研究以及新型喷雾设备的研发提供参考。

Hartmann共振管及超音速雾化喷嘴流场的数值模拟

采用基于Roe解法的有限体积法,对Hartmann共振管中的气体流场进行了数值模拟,研究了当喷嘴轴线处存在针型激励器的情况下流场的振动情况,数值计算的结果与理论和相关的实验结果符合得较好.计算结果表明移除或引入激励器,将会使Hartmann共振管的共振模式发生转换.通过对超音速雾化喷嘴流场的数值模拟,研究了其中Hartmann共振腔和二级共振腔共同作用下的振动现象以及各物理参数对振动的影响,并对喷嘴中气流从亚音速向超音速的转变机理进行了研究.

双激励超音速气体雾化喷嘴共振特性的数值研究

超音速气体雾化(ultra-sonic gas atomization,USGA))喷嘴是实现喷射雾化的重要装置,它能够产生脉动的超音速气流,获得较小的平均粒径和集中的粒径分布.在USGA喷嘴的共振管端部引入了主动的激励信号,组成双激励式超音速气体雾化器,并对超音速气体雾化器内部Hart-mann腔体气体流场在无激励/有激励情况下所产生的气体振动特性进行了数值研究.结果表明在主动激励器的作用下,超音速气体雾化器内气流的振动效果如振幅和起振特性等都得到了有效的加强.研究发现超音速气体雾化器存在多个气体受激振动的共振频率,其对应于两类不同的共振模式,"Hartmann模式"和"全局模式".双激励器信号的频率、激励幅度及相位差改变都能够有效地改变超音速气流的振动特性.研究同时阐明了Hartmann共振管和二次共振管在USGA喷嘴腔体内产生气体脉动时的联动特点.

基于正交试验的内混式空气雾化喷嘴结构参数优化

为掌握结构参数对内混式空气雾化喷嘴雾化特性和降尘效率的影响规律,从而获得经济合理的喷嘴结构参数,采用自行设计开发的喷雾降尘试验平台,应用正交设计方法,开展了不同结构参数组合下的喷嘴雾化特性及降尘效率试验。试验结果表明:随着液体帽注水孔直径的增大,喷嘴水流量不断增加,而气流量不断减小;喷嘴气流量随液体帽注气孔数量增加而增大,喷嘴水流量受液体帽注气孔数量的影响较小。当逐渐增大注水孔直径时,索太尔平均粒径(Dsm)不断增大;Dsm随着注气孔数量的增加呈现出先减小后增大的变化规律,当注气孔数为4时达到最小值,雾化效果最好;空气帽出口直径为2.0 mm和2.5 mm时,喷嘴雾滴粒径较小。全尘和呼吸性粉尘降尘效率均随着液体帽注水孔直径和注气孔数量的增加呈现先增大后减小的变化规律,并分别在注水孔直径为1.5 mm和注气孔数量为4时获得最佳的降尘效果;随着空气帽出口直径的增大,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均有所提高,但空气帽出口直径大于2.0 mm后,降尘效率增幅较小。综合考虑喷嘴雾化特性参数和降尘效率,对于喷嘴空气帽,其出口直径应选择2.0 mm;对于喷嘴液体帽,注水孔直径为1.5 mm和注气孔数量为4时较为合理,能够获得最高的降尘效率。工业应用现场采用以上结构参数组合的喷嘴较为合理,该种结构参数组合的喷嘴在耗气量和耗水量较低时,能获得较小的雾滴粒径和较高的降尘效率。

多功能超音速火焰喷涂雾化喷嘴的设计

对多功能超音速火焰喷涂系统的雾化原理与影响因素进行了分析 ,采用专门设计的射流雾化喷嘴 ,加工安装方便、雾化效果好。雾化的影响因素有 :喷口大小、喷嘴压降、雾化介质的理化性质和燃烧室的压力与温度等。点火阶段为低速射流雾化 ,喷涂阶段为高速射流雾化。

航空发动机试车台空气雾化加湿系统设计与研究

航空发动机检验试车时,进口空气湿度会影响对发动机性能的准确评判。针对航空发动机试车台,开展了空气雾化加湿系统设计与研究。采用基于欧拉法的气液两相流动计算方法研究了液滴喷出后的运动过程和传质过程,分析了液滴参数对空气湿度的影响。计算结果表明:液滴直径直接影响了空气的加湿湿度,饱和水蒸气加湿流量条件下,空气温度与液滴最大允许直径成抛物线关系;低温环境时,可以通过喷射过盈的水流量增大空气湿度。根据分析结果,完成了航空发动机试车台雾化喷嘴选型和喷雾段设计,通过开启不同数量的喷嘴可以满足不同温度下进口空气的加湿需求。

空气雾化喷嘴内流场的特性分析

提出了基于仿真软件研究空气雾化喷嘴的内流场特性的方法,通过CFD仿真软件分析了不同气体压力、不同液体流量对喷嘴内流场的速度、湍动能以及液体体积分数的影响。研究表明:混合腔中径向截面积不变时,速度和湍动能几乎不随气体压力或液体流量的变化而发生变化,液体体积分数均匀速下降。在混合腔的径向截面积缩小以后,当液体流量一定时,速度和湍动能与气体压力呈正相关关系,且增长的幅度也越大。而液体体积分数随着气体压力的增大不断下降,减小的幅度也不断增大,气体动力增大的同时对液体的约束力逐渐增强。当气体压力一定时,根据气体压力的增加,速度和湍动能随着液体流量的增加出现上升的趋势,但增加的幅度逐渐减小,液体体积分数随液体流量的增加逐渐下降,但减小的幅度也逐渐减小。

新型燃油锅炉喷嘴宏观雾化特性实验研究

燃油锅炉的运行效果受喷嘴的雾化效果影响。基于此,本文提出一种新型组合式双油路空气雾化喷嘴并通过粒子图像测速法(PIV)对其雾化场进行测量,研究空气对双油路离心式喷嘴雾化性能的影响,为喷嘴研究提供实验依据。

空气雾化喷嘴内部流场的瞬态研究

为了更加深入了解空气雾化喷嘴内部的流动状况,首先通过建模软件建立了喷嘴的内部三维模型,然后在空气入口压力为0.031 MPa,液体流量为10 L/h、15 L/h、20 L/h的工况下利用Fluent软件中的大涡模拟模型对喷嘴的内部流动的瞬态过程进行数值模拟。通过对喷嘴中心轴线上和不同截面上的压力、速度和气相体积分数等参数进行提取分析,以此得到喷嘴内部流场的流动特征,并为改善空气雾化喷嘴的雾化质量以及研发设计提供理论依据。

内混音速空气雾化重油喷嘴的试验研究

在横向气流中直射喷嘴雾化研究及超音速气流中喷嘴雾化研究的基础上,针对工业窑炉中烧嘴以重油(通常为油渣)工作的问题,设计和试验研究了内混音速气流两次空气雾化重油喷嘴,从原理上解决了喷嘴雾化细度(燃烧完全)和火焰长度(刚性)之间的矛盾。文中得出合理选择这种喷嘴的结构形式、几何尺寸以及混合腔压力,同时得出很好的雾化细度以及要求的火焰长度。结果表明,混合腔压力与供气压力之比应在0.60～0.70之间,所需压缩空气的压力为0.4MPa,所设计的喷嘴已投入使用。

可调节双介质外混式喷嘴雾化特性的数值模拟

以采用蒸汽工质的某双介质喷嘴为研究对象,通过构建离散相模型,开展不同工况下的喷嘴雾化数值模拟计算,研究不同蒸汽入口压力与不同针阀开度对喷嘴雾化特性的影响。结果表明:雾化液滴的空间分布受喷嘴非对称进气结构的影响,在滚筒腔体内呈现非对称分布;雾化液滴粒径随空间位置变化显著,在雾化范围外部的液滴粒径最大,在雾化空间内部液滴粒径较小,约为1μm;随着蒸汽入口压力的增大,雾化液滴平均粒径减小;随着气液相对速度的增大,液滴最大粒径与平均粒径均减小,雾化效果显著改善。

直射式双旋流空气雾化喷嘴的雾化效果

介绍了一种直射式供油的双旋流空气雾化喷嘴的喷雾性能。该双旋流器采用旋向相反的径向开孔式设计,在常温常压下进行喷雾试验,研究了不同空气压力降和气液比工况下液雾的索太尔平均直径(SMD)及分布指数。试验中雾化液体为航空煤油,采用马尔文激光测雾仪测量喷嘴端面下游50 mm处的液雾分布。研究结果表明:随着气液比的增加,SMD减小,分布指数也减小,并且存在一个关键气液比,在超过关键气液比的工况下,液雾的SMD及分布指数变化很小。

复合式收扩套筒空气雾化喷嘴燃烧室点火研究

复合式收扩套筒空气雾化喷嘴中，副油路是一个单油路离心喷嘴，主油路采用双旋流空气雾化，喷嘴是直射式．在点火研究中，只是单油路离心喷嘴工作．实验用的燃烧室是一个单头部矩形燃烧室，在燃烧室进口温度为常温，进口压力为常压，燃烧室压力降0．9％～9．0％的试验条件下研究了复合式空气雾化喷嘴燃烧室的点火性能．在同样条件下，研究了复合式空气雾化喷嘴的雾化性能并总结了经验关系．分析了影响点火的主要因素，通过整理雾化数据，以Lefebvre点火模型为基础，总结了该类燃烧室点火经验关系．

内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘效率研究

为了掌握内混式空气雾化喷嘴喷雾特性及降尘性能,借助自主研发的喷雾降尘实验平台,对内混式空气雾化喷嘴与X旋流型压力喷嘴流量、雾化角、射程、雾滴体积分数、雾滴粒径、雾滴速度等喷雾特性参数及降尘效率进行了实测,并对实验结果作对比分析。结果表明:随着供水压力的增加,内混式空气雾化喷嘴水流量和气流量分别呈指数形式递增和递减,气液质量流量比不断下降;压力喷嘴水流量随着供水压力的增大而增大,水流量与供水压力的1/2次方成正比。随着供水压力的增加,2种喷嘴的雾化射程、雾滴体积分数及雾滴速度均增大。X旋流型压力喷嘴雾化角明显大于空气雾化喷嘴,其喷雾作用范围更宽;随着供水压力的不断提高,空气雾化喷嘴雾化角呈现先增大后减小的变化规律,而压力喷嘴则一直以较小的幅度不断减小。空气雾化喷嘴由于有压缩空气作为助力,在供水压力较低时能获得较为理想雾滴粒径,且随着供水压力的增大,雾滴粒径不断增大;普通压力喷嘴的雾化粒径随着供水压力的提高而减小,且需在较高的供水压力下才能获得理想的雾滴粒径。在相同的供水压力下,空气雾化喷嘴雾滴粒径和水流量均小于压力喷嘴,而雾滴体积分数、雾滴速度及降尘效率均高于压力喷雾。气水喷雾较压力喷雾具有明显的优势,获得相同的降尘效率,气水喷雾耗水量仅约为压力喷雾的一半。