气泡雾化喷嘴颗粒平均直径经验公式的拟合
Fluent雾化喷嘴数值仿真研究
F l u e n t雾化喷嘴数值仿真研究This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020Fluent雾化喷嘴数值仿真研究FLUENT 提供五种雾化模型：平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)压力－旋流雾化(pressure-swirl atomizer)转杯雾化模型(flat-fan atomizer)气体辅助雾化(air-blast/air-assisted atomizer)气泡雾化(effervescent/flashing atomizer)所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数（例如喷口直径、质量流率）来计算初始颗粒尺寸、速度、位置。
对于实际的喷嘴模拟来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的。
但对FLUENT 的非雾化喷射入口来说，液滴都是在初始时刻以一个固定的轨道喷射出去（到流场中去）。
喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随机分布。
随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的。
所有的喷嘴模型中都要设第初始喷射角（范围），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。
这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。
在喷嘴附近，液滴在计算网格内的分布趋向于更加均匀，这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了气相－液滴之间的耦合作用。
平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)模型平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。
但对于其内部与外部的流动机制却很复杂。
液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴。
这个看似简单的过程实际却及其复杂。
平口喷嘴可分为三个不同的工作区：单相区、空穴区、以及回流区（flipped。
不同工作区的转变是个突然的过程，并且产生截然不同的喷雾状态。
喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角。
气泡雾化喷嘴雾化性能的结构分析
1 实验装置和研究方法
本文设计了一个结构可变气泡雾化喷嘴，结构如图 2 所示。该喷嘴的设计流量为 1
吨/天。根据文献[7]测试所有的外气内液和内气外液的气体喷射方式发现第二种喷射结 构得到的颗粒平均直径明显较低，故选择气液管路为“内气外液”喷射式，注气管深入
混合腔内，使气体注入混合腔内的液体中，产生气泡流，一起经一个喷孔喷出。参考文 献[8]所述内混式气动雾化的设计方法使用 Delphi6.0 软件编制计算程序设计了气泡式雾 化喷嘴的部分结构的尺寸，这些内部结构为可更换式，包括注气孔、注液孔、进气管、 进液管、喷孔和混合腔大小等，具体尺寸见表 1。为便于观察混合腔内的流态，混合腔 管段采用有机玻璃透明材质。
流喷出喷孔后射流扩散通畅，锥角应该增大并且与炉膛适配。 由喷孔前无锥角改为 60°收敛锥角后，发现喷射速度增大，雾化锥角有所增加，与
原来相比雾化颗粒均匀且变细。
2.2 气液注入面积比对喷嘴雾化性能的影响 由图 8 可见，气液注入孔面积比对雾化粒度的影响较大，其中气液注入面积比越大，
气泡流越易形成，气泡雾化喷嘴雾化性能越好，操作弹性越大。在混合腔内气体速率大 于液体速率，增大气液注入孔面积比等于减小气液的注入速率差，更适合于气泡流的形 成。
1-气压表；2-液压表；3-混合腔压力表；4-甲烷浮 子型气体流量计；5-水表；6-回流水表 图 3 实验流程图 Fig3 The experimental flowchart
图 4 APV 系统组成图[12] Fig4 APV system components
本实验采用可适性激光多普勒测速仪 APV/LDV 系统对雾化场进行测量，见图 3。
由图 6 可以看出，同样是φ2.5mm 的喷孔，在外锥角为 90°和 120°时气泡雾化喷 嘴的雾化粒度相差较大，120°的气泡雾化喷嘴的雾化粒度较小。锥角为 90°时雾化粒 度比锥角为 120°时的小 5~10μm。但喷孔锥角对雾锥的影响却较小。相同流量下，喷 嘴锥角为 90°时内部液压和混合腔内的压力较高，则喷嘴射流动能较大。但是为使气泡
气水喷嘴雾化特征与降尘效果分析
气水喷嘴雾化特征与降尘效果分析蒋仲安;王明;陈举师;林梦露【摘要】In order to improve the spray dust efficiency of a gas⁃water nozzle in the coal mine workplaces with high concentration of dust, the gas⁃water nozzle atomization characteristic parameters were studied through experiments, and the changing rule between the droplet average diameter and the gas/water flow was obtained;this paper studied the dust removal process of the gas⁃water spraying in the comprehensive tunneling face. The corresponding mathematical model was established and the expression of the gas⁃water nozzle’ s efficiency was provided. The curve of dust removal efficiency was drawn by use of Matlab. Research results show that: when the water flow remains constant, the dust removal efficiency increases with the increase of the gas flow; when the gas flow remains constant, the dust removal efficiency increases firstly and then decreases with the increase of the water flow; the larger the dust size is and the longer the effective distance of spray droplets is, the easier the dust settling is. Only when the gas flow is greater than 150 × 10-5 m3/s, the dust reducing efficiency can reach 80%, and the best gas water flow ratio lies between 100 and 150. Based on the size distribution and removal requirement of dust in working face, choose the best gas/water flow can be chosen by reference to the related curve so that better dust removal effect and economic benefits can be achieved.%为提高气水喷嘴在煤矿井下高浓度粉尘作业场所的喷雾降尘效率，通过实验研究了气水喷嘴的雾化特性参数，得出了雾滴平均直径与气、水流量的变化规律；以煤矿综掘工作面气水喷雾降尘过程为研究对象，建立了相应的数学模型，推导出了气水喷嘴降尘效率的关系式，采用Matlab软件绘制了降尘效率曲线．研究表明：水流量一定时，气体流量越大降尘效率越大；气体流量一定时，降尘效率随水流量的增大先增大后减小；粉尘粒径越大，喷雾雾滴有效作用距离越长，粉尘越容易被沉降；要使气水喷嘴的降尘效率达到80％以上，气体流量必须大于150×10－5 m3／s，最佳的气水流量比范围为100～150．依据工作面粉尘的粒径分布和降尘效率要求，参照相关曲线选择最佳的气水流量，可以达到更好的降尘效果和经济效益．【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2017(049)002【总页数】7页(P151-157)【关键词】综掘面;粉尘;气水喷嘴;喷雾;降尘效率;气水流量比【作者】蒋仲安;王明;陈举师;林梦露【作者单位】教育部金属矿山高效开采与安全重点实验室北京科技大学，北京100083;教育部金属矿山高效开采与安全重点实验室北京科技大学，北京100083;教育部金属矿山高效开采与安全重点实验室北京科技大学，北京100083;教育部金属矿山高效开采与安全重点实验室北京科技大学，北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD714.2煤矿井下采掘工作面作业时会产生大量粉尘，而采用湿式喷雾降尘是最经济简便的方法，如机组内外喷雾联合降尘、巷道水幕降尘等，其基本原理都是采用压力水喷嘴的喷雾形式[1].但传统的压力水喷嘴往往要求水压高、耗水量大，且雾滴粒径较大，对呼吸性粉尘的降尘效果普遍较差[2].气水联动雾化降尘在中国是一项新兴的技术，国内外的研究表明采用气水联动喷雾降尘技术较常规喷雾降尘技术相比能使呼尘的浓度大幅度降低[3-4].气水联动喷雾装置的核心部件是气水喷嘴，由于现在对气水喷嘴喷雾降尘的理论研究较少，导致气水喷雾降尘技术在实际应用中存在盲目性，只凭经验调节装置的气、水流量，不仅浪费水资源而且也不能得到应有的降尘效果.本文通过实验研究气水喷嘴的雾化特性，结合雾化降尘机理的理论分析，对气水喷嘴喷雾降尘效率的影响因素进行了分析，得出了气水喷嘴雾化降尘效率与气流量、水流量及气水流量比等因素的关系曲线，能对气水喷嘴的实际应用提供理论上的指导.1.1 气水喷嘴的结构及原理气水喷嘴主要由进水端口、进气端口、气水混合室及喷雾出口4部分组成，如图1所示，其原理是：一定压力的水和气体分别从进水端口、进气端口进入，水流在高速气流作用下破碎成包含大量微小气泡的液丝或液线，多股气流和单股水流在气水混合室内形成稳定的气泡两相流动，混合体经喷嘴高速喷出时，由于混合体的体积膨胀和流体搅动作用以及周围空气的卷入，水被雾化成许多微细的水粒[5-8]. 1.2 气水喷嘴性能参数的研究在实际应用中，气水喷嘴喷雾降尘效率的直接影响因素主要有雾滴粒径、喷射距离及覆盖角度等参数[9].这些参数除了跟混合室及喷嘴的结构有关外，主要取决于气水喷嘴气体流量、水流量及气水流量比[10].为此，本文先通过实验研究气水喷嘴的流量特性及雾化特性，为研究气水喷嘴雾化降尘机理提供理论基础.1.2.1 实验装置及方法实验装置如图2所示，整个装置由供水系统、供气系统、排雾装置及喷嘴实验台4部分组成.实验在常温常压下进行，采用空气和水作为工作介质，气水喷嘴出口孔径为2 mm.通过空压机提供压缩空气，压力范围为0～1.0 MPa，利用QL-380A型清洗机提供压力水，压力范围为0～6.0 MPa.在喷嘴进气端和进水端分别用高压管连接好压力表和流量计，通过调节阀调节气压和水压控制喷嘴的气流量、水流量. 选用JL-3000型全自动喷雾激光粒度仪对喷嘴雾滴粒径分散度进行测定，测量范围为0.5～1 300 μm，雾化角和喷雾过程通过高速摄像机进行观察.1.2.2 流量特性分析气水喷嘴内两种流体的流动不是相互独立的，气压和水压及其各自的流量之间互相影响，改变其中任何一个参数，其余3个也随之改变[11].为研究它们之间的关系，分别测定水压在0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 MPa时，气压从0.1 MPa变化到0.5 MPa情况下喷嘴的气体流量和水流量，得到不同水压和气压情况下水流量及气体流量的变化关系曲线如图3，4所示.从图3,4中可以看出：1)当水压一定时，随着气压的增加，喷嘴的水流量逐渐下降，且水压越大，水流量受气压的影响越来越小.2)随着气压的增加，气体流量基本呈线性增加，且水压越大，气体流量随气体压力增加的速率越小.根据上述试验的不同工况，得出了对应的气流量和水流量，由此可以得出水流量与气水流量比之间的关系如图5所示.由图5可知，气体流量和水汽量流量之间也不是相互独立的，不论气水压力及流量比如何变化，水流量与气水流量比之间的关系始终成指数关系，可拟合得Ql=5.83e-0.03R×10-5.式中：R=Qg/Ql为喷嘴气水流量比；Qg、Ql分别为喷嘴的气体流量和水流量，m3/s.1.2.3 雾化特性分析对于结构和原理相似的气水喷嘴，它们之间都保持着同样的相似准则，具有相同的相似准则关系式.文献[12-14]得到相关的内混式气水雾化喷嘴雾滴平均粒径(文中指索太尔平均直径)的经验公式为式中：Dw为雾滴平均直径，μm；Vr为气水喷嘴混合室内气水两相流的相对速度，m/s；σ为液体的表面张力系数，dyn/cm；μl为液体黏性系数，dyn·s/cm2；ρl为水的密度，g/cm3；其中：Vg、Vl分别为喷嘴内气流速度和水流速度，m/s；α为气水孔道夹角；根据流速、流量和断面积的关系式V=Q/A，代入相关参数α=30°，气水孔道直径分别为2.0 mm和1.5 mm，化简得到气水喷嘴雾滴平均粒径公式为应用Matlab软件绘制出气水喷嘴雾滴的平均粒径大小与不同气水流量的关系曲线如图6所示.从图6中可以看出，水流量一定时，雾滴平均粒径随气体流量的增大而减小；气体流量一定时，水流量越大，雾滴平均粒径越大；当水流量小于1×10-5m3/s，气流量大于50 ×10-5m3/s时，雾滴平均粒径小于10 μm.2.1 假设条件以同忻矿5207综掘工作面为例进行分析，在掘进机摇臂上装有外喷雾模块，掘进割煤时对着掌子面喷射水雾，喷射稳定后在掘进头附近形成水雾柱流.假设喷嘴的水雾雾化均匀，多个喷嘴扩散角度能覆盖整个巷道断面，则在此喷射范围内高速运动的水雾柱流能与粉尘颗粒发生碰撞黏结而沉降.在水雾的喷射范围内，水雾的运动速度远大于含尘气流的速度，可近似的认为其相对速度就是雾滴的速度[15].喷雾降尘的机理主要有惯性沉降和扩散沉降，其中惯性沉降主要适用于捕获粒径大于5 μm的粉尘颗粒，而扩散沉降适用于小颗粒粉尘.通过现场粉尘采样，采用Winner 2000激光粒度分析仪测得综掘工作面颗粒粒径大于5 μm的粉尘占80%以上，可只考虑粉尘颗粒的截留和碰撞作用.2.2 数学模型的建立单一水滴捕捉粉尘颗粒粒子能力是体现喷雾降尘效率的重要参数.如图7所示含尘气流以相对速度Ur经过一个小水滴，空气沿流线在液滴周围做绕流运动，粉尘颗粒在惯性的作用下不能随气体流线一起运动而是沿靠近液滴方向的曲线路径运动，接近轴线位置的粉尘颗粒将在液滴的前方与其相撞而被捕获.在整个气流和水滴的相对运动过程中，可假设一直径为y的流管内的粉尘颗粒全部被捕获，粒子从管中心线将进一步向液滴转移.则单个液滴捕获效率E可用半径为y的圆面积和水滴的投影面积之比来表示，即假设空气中粉尘均匀分布，每立方米的粉尘颗粒数量为n，则单一水滴单位时间内捕捉的粉尘颗粒数为式(1)两边同时除以空气流量Q(m3/s)，则单一水滴捕尘速率为给定喷嘴雾化的水流量W，则水滴颗粒总数为代入式(2)，可得到水滴群的捕尘总速率，即考虑如图8所示的一掘进巷道微元体，巷道断面积为A，取长度为dx，含尘气流与水滴以相对速度Ur从相反的方向运动；在dt时间内，含尘气流运动dx，粉尘浓度降低dn，则结合式(3)可得：x.假设雾滴的有效作用距离为L，粉尘的入口浓度为n1，出口浓度为n2，则对式(4)两边求积分：求解可得降尘效率η为粉尘浓度减少的量除以入口的粉尘浓度，即).只考虑惯性作用时，文献[16]提出了单一液滴惯性碰撞的捕尘效率为式中，K为尘粒运动的无因次惯性系数，称为斯托克斯准数，即式中：ρp为煤尘的密度，kg/m3；DP为粉尘粒径，m；μg为气体的动力黏度，Pa·s.巷道中雾滴和粉尘颗粒的相对速度近似于雾滴有效作用区雾滴的速度，为喷嘴出口时速度的1/2[15]，即联立式(5)～(8)可得同忻矿5207综掘工作面风速为Ug=1.5 m/s，巷道断面积A=15 m2，煤尘的密度ρp=600 kg/m3，气体的动力黏度μg=1.8×10-5Pa·s，喷雾装置采用6个喷嘴，则W=6Ql，喷嘴出口面积A0=3.14×10-6m2，整理可得采用气水喷嘴实施喷雾降尘时，针对采掘工作面，降尘效率主要取决于喷嘴的气体流量、水流量、气水流量比、工作面粉尘的粒径分布及雾滴的有效作用距离.结合式(9)，利用Matlab软件绘制出各个影响因素与降尘效率的关系曲线，分析各个因素对综掘工作面气水喷雾装置降尘效率的影响.3.1 气水喷嘴喷雾降尘效率与气体流量及水流量的关系在粉尘粒径DP=10 μm,喷雾有效作用距离L=4 m的条件下，用Matlab软件分别绘制出不同水流量下气水喷雾装置的降尘效率随气体流量的变化曲线和不同气体流量下降尘效率随水流量的变化曲线如图9，10所示.由图可知：1)在水流量一定的条件下，气体流量越大，气水喷雾装置的降尘效率越高，气体流量小于150×10-5m3/s时，降尘效率随气体流量的增大而显著提高；2)在气体流量一定的条件下，气水喷雾装置的降尘效率随水流量的增大而先增大后减小，即在给定的气体流量情况下存在最佳的水流量使得降尘效率最高，其原因是喷雾降尘效率不仅跟雾滴粒径有关还与雾滴的数量相关，水量越大雾滴的数量越多，则雾滴与粉尘颗粒碰撞的概率越大，降尘效率越高，同时雾滴粒径会随水流量的增大而变大，从而影响喷雾降尘效率.3)当气体流量为200×10-5m3/s时，最佳水流量约为1.6×10-5m3/s，该工况下气水喷雾的降尘效率达到90%以上.3.2 气水喷嘴喷雾降尘效率与气水流量比的关系在粉尘粒径DP=10 μm,喷雾有效作用距离L=4 m的条件下，如图11所示，通过Matlab模拟出了不同气体流量时降尘效率随气水流量比的变化关系曲线，由图11可知：1)气体流量一定时，喷雾装置的降尘效率随气水流量比的增大而先增大后减小，即存在一最佳气水流量比，使得降尘效率最高，当气体流量为200×10-5m3/s时，最佳气水流量比为125，此时的降尘效率能达到90%以上；2)实际应用中，要保持较高的降尘效率，喷嘴的气水流量比应该确保在100～150的范围内.3)在相同的气水流量比情况下，气体流量越大降尘效率越高.3.3 气水喷嘴喷雾降尘效率与粉尘粒径的关系图12描述了喷雾有效作用距离为4 m，水流量为1×10-5m3/s时，不同气体流量条件下降尘效率随粉尘粒径的变化关系.由图12可知:1)气水喷雾降尘效率随粉尘粒径的增大而迅速增长，然后到达最大值，且随着粒径的增大不再变化；2)水流量一定时，气流量越大，降尘效率越高，且降尘效率趋于稳定时所能捕捉的粉尘粒径越小.当气体流量为150×10-5m3/s时，对于粒径为2.5 μm以上的粉尘，降尘效率超过80%；而对于2.5 μm以下的粉尘颗粒，降尘效率急剧下降；当气体流量为200×10-5m3/s时，粒径在2 μm以上的粉尘降尘效率达到90%以上.图13描述了喷雾有效作用距离为4 m，气流量为200×10-5m3/s时，不同水流量情况下降尘效率随粉尘粒径变化的关系曲线. 由图13可知：1)在气体流量足够大的情况下，水流量大于0.5×10-5m3/s时，对于粒径为2.5 μm以上的粉尘，降尘效率都超过80%；2)当气体流量一定时，存在最佳的水流量，使得降尘效率达到最大.3.4 气水喷嘴喷雾降尘效率与雾滴的有效作用距离的关系图14, 15分别给出了粉尘粒径为10 μm时，气水喷雾装置在不同气、水流量工况条件下，降尘效率随喷雾雾滴的有效作用距离的关系曲线.由图14，15可知：1)雾滴的有效作用距离越远，降尘效率越高，当水流量为1×10-5m3/s、气体流量为150×10-5m3/s时，要使降尘效率达到90%以上，有效作用距离必须大于5 m；2)水量一定时，气体流量越大对喷雾雾滴的有效作用距离要求越低，当气体流量大于200×10-5m3/s时，雾滴的有效作用距离大于4 m，降尘效率就能达到90%以上.本次现场应用及测定是在同忻矿5207综掘工作面进行的，掘进采用EBZ200型掘进机，气水喷雾装置安装在截割臂端部的机体上，固定支架围绕机体环形布置，支架上共安装6个喷嘴，形成对截割头的大范围包裹.根据上述模拟得出的气水喷雾装置降尘效率与气体流量之间的关系曲线，要使现场的降尘效率达到80%以上，气体流量必须大于150×10-5m3/s.为验证气水喷雾装置最佳气水流量比的准确性，本次现场试验测定了气体流量为150×10-5、200×10-5m3/s时，水流量分别为0.5×10-5、1.0×10-5、1.5×10-5、2.0×10-5、4.0×10-5、6.0×10-5、8.0×10-5、10.0×10-5m3/s等不同工况下工作面在使用气水喷雾降尘装置前后粉尘的浓度，得到不同条件下的降尘效率如图16所示.由图16可知：1)气体流量为150×10-5m3/s和200×10-5m3/s时，气水喷雾装置在水流量为1.5×10-5m3/s的情况下降尘效率达到最大，分别接近80%和85%；2)将现场实测数据与数值模拟结果进行对比分析，发现模拟结果与实测数据基本吻合，降尘效率与气体流量、水流量的变化关系基本保持一致.但整体看来，模拟结果与实测数据仍然存在一定偏差，这是由于在现场实测、模型建立过程中均出现一定误差所引起的.通过对比分析，验证了模拟结果的准确性，说明推导出的气水喷嘴雾化降尘效率理论公式及关系曲线有较大的实际应用价值.1)气水喷嘴雾滴平均粒径在水流量不变的条件下，随气体流量的增大而减小；在气体流量不变时，水流量越大，雾滴平均粒径越大.2)水流量一定时，气体流量越大降尘效率越大；气体流量一定时，降尘效率随水流量的增大先增大后减小；粉尘粒径越大，喷雾雾滴有效作用距离越长，粉尘越容易被沉降.3)使用该类型气水喷嘴进行喷雾降尘时，要保持较高的降尘效率，气水流量比应确保在100～150范围内.4)模拟得到的降尘效率曲线与现场数据有较好的一致性，可根据工作面粉尘颗粒的粒度分布和降尘效率要求参照相应的曲线选择合适的气流量和水流量，从而达到最佳的降尘效果和经济效益.【相关文献】[1] 左桂兰，程越，章伊华. 采煤机内外喷雾系统的优化研究[J]. 煤炭技术, 2014,33(11): 226-228.DOI: 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气泡雾化喷嘴的试验研究
ｓｉｏｎ ｂｙ ｆｌｏｗ ｃａｐａｃｉｔｙ ｔｅ ｓ ｔｓ．Ｇ ｒａｎｕｌａｒ ｉｔｙ ｔｅ ｓ ｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａ ｓｍ ａｌｌ ２５０Ｌ／ｈ ｏｉｌ ｇｕｎ ｍ ａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ＳＭ Ｄ ＜ １００ｔｔｍ ，
＜
１ ５８ｔｔｍ ， ｄｒｏｐｌｅｔｓ ｔｈｕｓ ａｔｔａｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｐａｓｓｉｎｇ ｄｅ ｓ ｉｇｎ ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ． Ｆｉｇｓ ２， ｔａｂｌｅ ｓ ４ ａｎｄ ｒｅｆｓ ５
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔ ｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｏｒｔｓ ｔｈａｔ， ｇｕｉｄｅｄ ｂｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ａｃｈｉｅｖｅｍ ｅｎｔｓ ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ ｔｈｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｂｕｂｂｌｅ
ａｔｏｍ ｉｚａｔｉｏｎ， ａ ２５０Ｌ／ｈ ｂｕｂｂｌｅ ａｔｏｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｚｚｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅ ｓ ｉｇｎ； ｉｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｅｔｔｌｅｄ ｂｙ ｔｙｐｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｍ ｅｎ—
气泡 雾化 喷 嘴的 试验 研 究
维普资讯 发 电设 备 （２００２Ｎｏ．６）
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： 试 验 研 究 ：
１ ． ． １ ． ． ‘ １ ． ． ·
气 泡 韧 ， 朱基 木 ， 俞 基 宏 （１．同济 大 学 热 能 工程 系 ，上 海 ２０００９２；２．宝钢 股 份 有 限 （集 团）公 司 电厂 ，上 海 ２００９４１）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｏｉｌ ｃｏｍ ｂｕｓｔｉｏｎ； ａｔｏｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｚｚｌｅ；ｂｕｂｂｌｅ ａｔｏｍ ｉｚａｔｉｏｎ； ｅｘｐｅｒ ｉｍ ｅｎｔａｌ ｒｅ ｓ ｅａｒｃｈ
０ 前 言
液体 的雾 化 喷 嘴 在 燃 油 燃 烧 、喷 雾 湿 法 脱 硫 等 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 ，雾 化 喷 嘴 一 般 分 为 机 械 雾 化 和 双流 体 雾 化 两 大 类 ，机 械 雾 化 是 利 用 机 械 装 置 使 液 体 产 生 高 速 旋 转 ，首 先 使 液 体 形 成 液 膜 ， 液 膜 在 离 心 力 作 用 下 被 撕 裂 、破 碎 达 到雾 化作 用 ， 所 以液 体 压 力 越 大 或 转 杯 的 速 度 越 高 ，雾 化 粒 径 越 小 。 Ｙ 型雾 化 喷 嘴 是 传 统 双 流 体雾 化 的 典 型 代 表 ，它 是 利 用 高 速气 体 射 流 对 液 体 射 流 的撞 击 ，使 液 体 射 流成 为 液 膜 或 液 丝 ，液 膜 和 液 丝 被 高 速 喷 出｝昆合 孔 后 ，由 湍 流 、边 界 层 及 两 相 流 扩 散 等 交 互 作 用 而 雾 化 ，提 高 液 体 的 压 力 时 ，液 体 流 量 增 大 且 雾 化 粒 径 随 之 减 小 。机 械 雾 化 和 传 统 双 流 体 雾 化
双流体喷嘴雾化过程的模拟分析
本科毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：双流体喷嘴雾化过程的模拟分析适用专业：热能工程下达任务日期：2014. 2.24关键词：喷雾，流动，速度场，模拟内容要求：（阐明与毕业设计（论文）题目相关、需要通过毕业设计解决、或通过毕业论文研究的主要问题。
后面应列出建议学生在毕业设计（论文）前期研读的重要参考资料（书目、论文、手册、标准等）本毕业设计课题利用Fluent 6.3对双流体喷雾过程进行数值模拟，探讨不同的工况下的喷雾流场包括压力场、浓度场、速度场的分布规律。
毕业设计旨在提高学生综合运用基础理论知识的能力，培养其独立分析实际问题、解决实际工程问题的能力。
本课题可以促进学生掌握流动、传热与传质的基本理论，熟悉液体雾化设备的基本结构与原理，培养其工程设计、科学实验与理论分析的基本技能，锻炼其计算、数据处理、数据分析等基本能力。
参考文献：1陶文铨编著. 数值传热学. 西安交通大学出版社, 2001.2曹建明编著. 喷雾学. 机械工业出版社, 2005.05.3王福军编著. 计算流体动力学分析CFD软件原理与应用. 清华大学出版社, 2004.09.4王瑞金，张凯，王刚编著. Fluent技术基础与应用实例. 清华大学出版社, 2007.5侯凌云，侯晓春编著. 喷嘴技术手册. 中国石化出版社, 2002.6《工业锅炉设计计算方法》编委会，工业锅炉设计计算方法，中国标准出版社，20057范维澄等.计算燃烧学.合肥市：安徽科学技术出版社, 1987.8Lefebvre, A. H.. Atomization and sprays [M]. New York:Hemisphere, 1989.9程勇，汪军，蔡小舒. 旋流燃烧室中NO 排放的数值计算. 上海理工大学学报.2004，V ol.2610周力行. 湍流气粒两相流动和燃烧的理论与数值模拟.[M].北京：科学出版社，199411 A Datta，S K Som. Combustion and emission characteristics in a gas turbine combustor atdifferent pressure and swirl conditions. Applied Thermal Engineering 19 (1999) 949-96712舒宝万，毛羽. 雾化效果对液雾燃烧过程影响的数值模拟.工业炉.2004，26(4)13张波，尧命发，郑尊清，陈征. 正庚烷均质压燃燃烧特性和排放特性的实验研究. 天津大学学报.2006，39（6）：663-66914刘霞，葛新锋.FLUENT软件及其在我国的应用.能源研究与利用，2003.2，pp36-38方法要求：（阐明与毕业设计（论文）问题解决和研究相关的实验、设计、调研方法和技术路线。
气泡雾化喷嘴雾化性能的试验研究
文章编号:C N23-1249(2008)06-0028-05气泡雾化喷嘴雾化性能的试验研究梁晓燕1,王绪论2(1.国电南京自动化股份有限公司脱硫部,江苏南京210013;东南大学能源与动力工程学院,江苏南京210008)摘 要:在竖直向下喷射方式下,对三种不同结构尺寸的喷嘴的雾化特性及性能进行了试验研究。
试验在常温常压下进行,液体采用水,雾化气为压缩空气,采用P I V 技术来测量雾化颗粒的平均粒径。
试验结果表明:增大气液质量流量比;增大空气注入截面积;在喷嘴的最大流量范围内,增大液体流量均可提高雾化质量。
关键词:气泡雾化;喷嘴;P I V ;气液比中图分类号:TK 263 文献标识码:ATest Stud i es On the Spray C haracter isti cs of Effer ves cen t A to m i zer sL iang X iaoya n 1,W ang Xu lun2(1.Guodian N aning Auto m atiza tion Co .L td .,N anjing 210013,China;2.College of Power and Ene r gy Engineering,S outheast University,Nanjing 210008,China )Abstra ct:The atom ization and pe r f or mance of three diff e r ent structures and sizes effervescent at om i 2zers have been studied ,at down wards injecting of the atom izer .A ll tests are ca rried out at nor m al at mos pheric p r e ssur e and temperatur e .The liquid e mp l oyed iswater and the ga s is c onstringent a ir .Mean partic le dia m eter is measured w ith P I V (Particle I maging Veloci m etr y )Technol ogy.The re 2sults show that the effect at om izati on i mp r oveswith the increasing of a ir to liquid m ass r a tio ,the area of air injec t or and inc r easing the flux of liquid w ithin the r ange of the gr eatest flux .Key wor ds:ef fervescent atom ization;a t om iz e r ;P I V;be t w een air and liquid 收稿日期 基金项目国家重点基础研究发展规划基金资助项目(G 53) 作者简介梁晓燕(),女,山东烟台人,东南大学硕士研究生。
不同雾滴要求下气力式雾化喷嘴的最佳气耗率
Ｆ ｊ ｎＰｏ ｉ ｅ ｈｎ ） ｕｉ ｒｖ ｃ ，Ｃ ｉａ ａ ｎ
Ａｂｓｒ ｃ － ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｎ ｌｚ ｈ ｅａ ｉｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｐ ｉ ｌ ｉ—ｉ ｕ ｄ ｒ ｔ ｎ ｔｒ ｆ ｗ ａｅ， ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ａ ａｙ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｏ ｔｍａ ａｒｌｑ ｉ ａ ｉ ａ ｄ ｗａｅ ｏ ｒ ｔ ｏ ｏ ｌ ｘｅ ｉ ｎａ ｌ ｉｖ ｓｉａｉ ｎ ｗａ ｒｏ ｍｅ ｏ ｔ ｒａ ｄ ｃ ａ ｔｒｓｕ ｒ ｐ ａ ｉ ｇ ｃ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｓｏ ｉ～ ｌｓ ｔｍｉｅ ｅ ｐ ｃｉｅ ｙ ｎ ｅ ｔ ｔ ｓｐｅｆ ｒ ｄ ｆｒｗａｅ ｎ ｏ ｌｗａ ｅ ｌｒｙ ｓ ｒ ｙ ｎ ｈａ ａ ｔｒ ｔｃ ｆａｒ ｂ ａ ｔａｏ ｚ ｒｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ． ｇ ｏ ｉ
ｄ ｔｒ ｎ ｈ ｔ ｄ ｒ ｓ ｆ ｏ ｔ ｌ ａｒｌ ｕｄ ａｉ ｃ ｏｄｎ ｏ ｒｐｅ ｅ ｕｒｍｅ ｔ ｎ ｉ ｅｅ ｔ ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｅｅｍｉｅ ｔｅ ｓａ ａｄ ｏ ｐｉ ｎ ｍａ ｉ— ｑ ｉ ｒｔ ａ ｃ ｒｉｇ ｔ ｄｏ ｌｔｒ ｑ ｉ ｉ ｏ ｅ ｎ ｓ ｄｆ ｒｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｉ ｉ
中图分类号 ：Ｋ ０ ８ Ｏ ３９ Ｔ １ ； ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ５９ ５ （０ ７ ０ － ２ － １０ －９４ ２ ０ ）６０ ００ ０ ４
Ｏｐ ｍａ ｉ －ｉ ｕ ｄ ｒ ｔ ｏ ｉ － ｌｓ ｔ ｍｉｅ ｉ ｔ ｌａ ｒ－ｑ ｉ ａ ｉ ｆ ｒ ａ ｒ－ ａ ｔａ ｏ ｚ ｒ ｌ ｏ ｂ
ｄｆｅ ｅ ｔｏ ｔ ｌ ｉ－ ｑ ｉ ａｉｓ Ａｎ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｏ ｕ ａ ｆｒ ｏ ｔ ｌ ｉ ｗ ｔｒ ｒ ｔ ａ ｅ ｒ ｓ ｅ ，ｗ ｉｈ ｉ ｉ ｉ ｒｎ ｐｉ ｍａ ａｒｌ ｕ ｄ ｒ ｔ ． ｉ ｏ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ｆｒ ｌ ｐ ｉ ｉ ｍ ｏ ｍａ ａｒ ａ ｅ ａ ｉ ｗ ｓ ｒ ｇ ｅ ｓ ｄ — ｏ ｈ ｃ ．江苏大学 能源与动力工程学院 ，江苏 镇江 １ ２ ２ １ ；２ １０ ３ ．集美大学 机械工程学院 ，福建 厦 门 ３ １２ ） ６ ０ １
二液无气喷涂机的喷涂颗粒与喷嘴直径关系研究
二液无气喷涂机的喷涂颗粒与喷嘴直径关系研究二液无气喷涂技术是一种应用广泛的喷涂技术，它采用两种液体（树脂和固化剂）通过混合喷嘴混合，并在喷嘴出口处形成液体膜，通过压缩空气将其分散成小颗粒，然后将小颗粒喷射到被涂物体表面上完成喷涂作业。
喷嘴直径是二液无气喷涂过程中一个重要的参数，它对喷涂颗粒的大小和喷涂效果产生着显著的影响。
本文将对二液无气喷涂机的喷涂颗粒与喷嘴直径之间的关系进行研究。
首先，喷涂颗粒的大小与喷嘴直径之间存在着一定的关系。
一般来说，喷嘴直径越小，喷出的颗粒越细小，喷涂效果更加细腻，但是喷涂速度相对较慢；而喷嘴直径越大，喷出的颗粒越粗大，喷涂速度相对较快，但是喷涂效果可能较粗糙。
因此，在选择喷嘴直径时，需要根据具体的喷涂要求进行合理的选择。
其次，喷涂颗粒的大小对喷涂效果和涂层质量也有着重要的影响。
喷涂颗粒过大或者过小都会导致喷涂效果不理想。
颗粒过大时，涂层表面可能会出现颗粒堆积，造成涂层不均匀，甚至出现漏涂现象；颗粒过小时，涂层可能会出现细小的孔洞，降低涂层的密封性和耐久性。
因此，通过调节喷嘴直径，可以控制喷涂颗粒的大小，从而获得理想的喷涂效果和涂层质量。
此外，喷涂颗粒的大小还与喷涂物料的黏度、流动性以及喷涂工艺参数等因素有关。
黏度较高的涂料在喷涂过程中，颗粒往往较大，而黏度较低的涂料则可能产生较小的颗粒。
流动性良好的涂料在喷涂过程中更容易形成细小颗粒。
另外，喷涂工艺参数，如喷涂气压、涂料流量等也会对喷涂颗粒的大小产生一定的影响。
对于喷涂颗粒与喷嘴直径关系的研究，可以通过实验方法来进行。
首先，选取不同直径的喷嘴进行试验，固定其他喷涂参数，并使用相同的喷涂物料进行喷涂。
在喷涂完成后，使用显微镜或粒度仪等设备对喷涂的颗粒大小进行测量和分析。
通过对实验数据的处理和统计，可以得出喷涂颗粒与喷嘴直径之间的关系，以及确定最适合的喷嘴直径范围。
除了实验方法，还可以使用数值模拟方法对喷涂颗粒与喷嘴直径之间的关系进行研究。
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关盆词： 气泡雾化； 相似准则； 经验公式 中圈分类号：３１２ ０５． 文献标识码； Ａ
文章编号： ０－ ４ （０２０－ ５－ １ ６ ７０ ０ ） ４４ ４ ０ ８ ２ ５ ０ ０
Ｅ ｕ ｔ ｎ Ｍｅｎ ｏ Ｓ ｅ Ｅ ｅｖｓ ｎ ｑ ａｉ ｆｒ ａ Ｄ ｐ ｏ ｆ ｒｅｃ ｔ ｏ ｏ ｒ ｉ ｆ ｚ ｅ
加， 颗粒平均直径呈现减小的趋势。
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ｆ＝０ 于是得到 ，
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２ 雾化相似准则关系的建立及ｄ 经验公式的 ｍ
拟合
通过对上文实验数据的分析， 可以知道气泡雾化 喷嘴的雾化平均直径ｄ 主要受以下的因素影响： 。 １ｄ 随着气液质量流量比Ｒ 增加而减小， ｍ ）。 的 即ｄ
收稿日 ： ０ － － ０ 期 ２ １ ６１ ０ ０ ４ 作者简介 刘联胜（９０ ， 博士 副教搜。Ｅ ａ ；ｎ ８２ ２３ｎｔ １７－）男 ｍ ｉ ｌ ｅ ＠ ． ｌａ １ ６ ｅ
万方数据
２０ 年 ｔ 月 ０２ ｏ
刘联胜等： 气泡雾化喷嘴颗粒平均直径经验公式的拟合
邪 印
・４ ５ ・ ６
气体注人截面积、 液体密度等， 见图Ｉ 至图６ 。 由图Ｉ 发现， 可以 在其它运行参数不变的情况下， 颗粒平均直径ｄ 随着气液质量流量比Ｒ的增大而减 ， 小。 显示， 图２ 在液体质量流量相同的情况下， 喷嘴出 口 直径越大， 颗粒平均直径ｄ 越大。 ｍ 图３ 是不同气体注人截面积时的Ｒｄ 曲 可以 － 线， ， 发现随着气体注人截面积的增大， 呈现减小的趋 ｄ ｍ 势。 反应了气液注人压力差对顺粒平均直径的影 图４ 响， 该图显示较高的气液注人压力差对于雾化存在负
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Ａ 旦咬， 出口８２ ｍ ｄ． ｍ ０
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不同液体表面张力系数时Ｒ ｄ．曲线
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图５ 是颖粒平均直径ｄ 在不同液体粘性系数下 ｍ 的分布曲线， 可以发现随着液体粘性系数的增大， ｄ ｍ 首先呈现小幅度增大； 枯性系数达到某一数值时， 当 ｄ ｏ 又有逐渐下降的趋势。 这是因为在高粘性液体中更容 易形成气泡流动， 容易实现气泡雾化。 显示， 图６ 液体 表面张力系数越大， 雾化越困难， 的值越大（ ｄ 二 其中水 的表面张力系数为００２ ＂ ， ．７ Ｐ ｍ 乙醇的表面张力系数 ａ
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２ 在液体质量流量一定时， 随着出口直径 ｄ ） ｄ ｍ ｏ
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（） ９ Ｌ ． ） ｄ ｏ ＇ ｌ Ｑ Ｐ ｄ＇ｒ ＋ ｏ Ｑ Ｐ
增 然后 减 即ｄ 二 Ｌ 加， 逐渐 小， ． Ａ； ｄ
５ｄ 随着液体表面张力系数的增大呈现增大的 ）．
系统的研究， 并取得了一定的成果：‘。 ，。 一〕 由于影响气泡雾化喷嘴颗粒平均直径的因素很 多， 因此， 迄今还没有相关文献报道气泡雾化喷嘴颗粒 平均直径ｄ 的经验公式。 ． 本文根据作者前期的实验结 果和实验数据， 进行了颗粒平均直径ｄ 经验公式的拟 。
合工作。 对于某些彼此相似的现象， 它们之间都保持着同
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呢 Ｊ斗 Ｊ伟 Ｊ 几‘ 上 Ｊ 飞 八１］ ， ｝ 气 乙 １ ｝ 咤 Ｕ 户 月 八 补Ｊ 弓
圈５ 液体枯性不傲对ｄ 。的影晌
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１ 影响气泡雾化喷嘴雾化颗粒平均直径分布 的主要因素
近年来， 利用水、 调和机油、 甘油、 乙醇、 肥皂水等 液体对不同形式的气泡雾化喷嘴的雾化特性进行系统 的研究发现， 对于其雾化颗粒平均直径分布具有显著 影响的因素主要有： 气液质量流量比、 出口直径、 气液
注人压力差、 液体的粘性系数 、 液体的表面张力系数 、
的 增加而 增大， ． ０ 即ｄ 二ｄｉ ｂ
３ｄ 随着气液注人压力差的增大而减小， ）ｍ 这主要 是由于气液压力差的变化引起混合室内两相流相对速 度 Ｕ 的变化， ｍ Ｒ 即ｄ 二巩 ４ｄ 随着液体粘性系数的增加首先呈现小幅度 ）二
方程组其他的解不能够构成独立的准则数， 或者构成 的准则数没有明显的物理意义， 所以应该删去。 基于此， 对于液体雾化可以建立下列形式的准则 关系 因变量的无量纲参数以 式（ 颗粒平均直径ｄ 与喷 。 嘴出口直径的比 值表示） 。
为 ００７ Ｐ ｍ） ． ８ ａ・ ｏ ２ ９
图３ 不同气体注入截面积下补心 的关系
万方数据
燃
烧
科
学
与
技
术
第８ 卷第５ 期
由于雾化实验时使用的液体的密度变化不大， 关 于液体密度对ｄ 的影响趋势并不明显， 。 但是根据文献 ［１ １ 报道， ０ 液体雾化颗粒直径ｄ 随着液体密度的增 ｍ
气泡雾化喷嘴与其它类型的雾化喷嘴相比， 具有 雾化质量高、 雾化气体介质耗量小、 燃烧效果好、 雾化 质量受液体粘度的影响较小等优点， 因此极其适用于 重渣油等高粘度劣质燃油的雾化与燃烧。 国内外学者 对于气泡雾化机理与气泡雾化喷嘴已 经进行了 大量的 研究工作 ’ 。 ， 本文作者对于气泡雾化喷嘴的雾化机 ，
圈４ 不同气液注入压力理下 Ｒ ． ｄ
Ａ 组咬叨 出口８ ２ ｍ ｄ ｍ ０
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圈１ 气液质，流ｔ比对ｄ ．的影晌
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第８ ２０ ） 期 卷（０２ 第５
燃 烧 科 学 与 技 术
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气泡雾化喷嘴颗粒 平均直径经验公式的拟合
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刘联胜， 吴晋湘， 杨 华， 韩振兴， 于新凯
（ 河北工业大学热能动力系， ３０３） 天津 ０１０ 摘 要： 通过对有关气泡雾化喷嘴实验数据的系统归纳， 分析了影响气泡雾化喷嘴雾化特性的主要因素， 如气液质 ｆｌｆ比、 ｆ 液体质量流量、 出口直径、 相对速度、 液体表面张力和粘性系数、 气体密度等。利用因次分析方法得到了 气泡雾化现象的相似准则关系， 并利用最小二乘法对颖粒平均直径ｄ 经验公式进行了拟合， 拟合结果与实验数据