靶式喷嘴雾化模型理论研究
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。
喷嘴雾化特性模糊评判模型
够深透 ， 大 多 数 对 雾 化 的研 究 还 是 半 经验 半 理 论 绝 的 。文献 ［ ］ １ 用经验 或半 经验 公式来 描述 喷雾 中液 滴 平 均直 径与气 、 体 的物理 性 质 、 动 状 态 以及 喷 嘴 液 流 几 何参 数之 间 的关系 。文献 ［ ］ ２ 综合 归纳 数 年来对 空 气 雾 化喷嘴 内液 膜厚度 特性 、 膜表 面扰动 波动 态特 液 性 以及这些 特性 与雾化 特性 间的关系 等研 究成 果 ， 给 出 了液膜厚 度半 经验半 理论 计算 公式 。文 献 ［ ］ 出 ３给 了射 流撞击 雾化 索 太 尔 平均 直 径 的计算 公 式 。文 献 ［ ］ 高速气 流 中单 个 液滴 的剪 切 型 破裂 和 文 献 ［ ］ ４对 ５ 利用 统计方 法对 液滴碰 撞 聚合 过程进行 了研究 ， 但其
评 判
美 饕词 ：喷 嘴 ；雾 化 ；模 糊 算 法 ；数 值 计 算 中 田分 类 号 ：Ｖ３ ２１ 文 棘 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １ １ ０ ５ （０２ ２ ） ９０ ０ － ５ ２０ ）０￣１ －３ ０ ４ ０
Ａｔ ｍｉ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｔ ｆ ｓ ａ ｏ ｚ ｎ ｒ ｐ ｒ ｙ ｏ ｐｒ ｙ ｎ ｚ ｌ ａ ｅ ｎ ｆ ｚ ｙ ｍ ａ ｈ ｍ ａ ｉ ｓｔ ｅ ｒ ｏ ｚｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｚ ｔ ｅ ｔｃ ｈ ｏ ｙ
ＨＵ Ｃｈ ｎ ｂ ｕ — ｏ， ＨＵＡＮＧ ｉｇ， Ｓ Ｔｎ ＵＮ — ｈ ａ Ｄｅｃ ｕ ｎ， Ｃ － ｎ， ＸＵＥ ｎ ＡＩＴｉｍｉ Ｙｉ ｇ
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。
雾化喷嘴原理
雾化喷嘴原理雾化喷嘴是一种常见的喷雾装置，它通过将液体或固体颗粒化成微小的液滴或颗粒，从而实现喷雾的效果。
雾化喷嘴的原理主要包括液体的压力喷射、气体的辅助作用以及喷嘴结构的设计。
下面将分别从这三个方面来详细介绍雾化喷嘴的原理。
首先，液体的压力喷射是雾化喷嘴实现喷雾的基本原理之一。
当液体通过喷嘴的小孔流出时，由于液体在喷嘴内部受到了一定的压力，这种压力会使得液体流速增加，从而形成一个高速的液流。
随着液体流速的增加，液体表面张力会逐渐被克服，使得液体分解成微小的液滴。
因此，液体的压力喷射是雾化喷嘴实现喷雾的基础。
其次，气体的辅助作用也是雾化喷嘴实现喷雾的重要原理之一。
在雾化喷嘴中，通常会通过喷嘴内部导入一定量的气体，这些气体在液体喷出的同时，会形成一个环绕液体的气体流场。
这个气体流场可以有效地将液体分解成微小的液滴，并且还可以帮助这些液滴稳定地飘浮在空气中。
因此，气体的辅助作用对于雾化喷嘴的喷雾效果起着至关重要的作用。
最后，喷嘴结构的设计也是影响雾化喷嘴喷雾效果的关键因素。
喷嘴的结构设计会直接影响到液体喷射的速度、角度和分布等参数，从而影响到喷雾的均匀性和稳定性。
一般来说，喷嘴的设计需要考虑到液体的流动特性、气体的辅助作用以及喷雾的实际应用场景等因素，以确保喷雾效果达到最佳状态。
综上所述，雾化喷嘴的原理主要包括液体的压力喷射、气体的辅助作用以及喷嘴结构的设计。
这些原理相互作用，共同实现了雾化喷嘴的喷雾效果。
在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景来选择合适的雾化喷嘴，并且合理地控制喷嘴的参数，以达到最佳的喷雾效果。
希望本文能够帮助大家更加深入地了解雾化喷嘴的原理和应用。
雾化喷嘴的原理
雾化喷嘴的原理
雾化喷嘴是一种用于将液体转化为气雾或细小颗粒的装置。
它的工作原理基于两个主要过程：首先是液体的离散化，然后是颗粒的进一步细化。
液体的离散化发生在雾化喷嘴内部的液体喷射器中。
通过在喷嘴中施加压力，液体被强制从喷口中喷出。
当液体通过狭窄的通道流动时，流体速度增加，从而降低压力。
这种压力降低导致液体分散成细小的颗粒或液滴。
接下来是颗粒进一步细化的过程。
一旦液滴离开喷嘴，它们处于流体力学和表面张力的作用下。
液滴表面的张力导致它们收缩，并且在液滴周围形成一个较为稳定的形状。
然后，由于空气阻力和流体动力学效应，液滴开始分裂成更小的液滴，最终形成细小的颗粒或气雾。
要实现不同粒径的颗粒或气雾，可以通过调节喷嘴的设计参数和操作参数来控制液体的离散化和颗粒细化过程。
例如，改变喷嘴的内径、长度或喷口形状可以影响液体的流动速度和压力降低程度，从而调节颗粒的大小。
总之，雾化喷嘴利用液体喷射和流体力学作用将液体转化为细小颗粒或气雾。
这种技术在许多领域中得到广泛应用，包括医药、化工、农业和喷涂等。
喷嘴雾化原理
喷嘴雾化原理喷嘴雾化原理一、引言在现代科技中，喷雾技术已经被广泛应用于化工、医药、农业等领域。
其中，喷嘴是喷雾技术的核心部件之一，其作用是将液体或气体转化为小颗粒的雾状物质。
本文将介绍喷嘴的雾化原理。
二、喷嘴结构喷嘴通常由进口管、节流口和出口管组成。
其中，进口管和出口管分别连接着液体或气体的输入和输出管道，而节流口则是将输入的液体或气体转化为雾状物质的关键部件。
三、液体雾化原理1. 压缩空气式喷嘴压缩空气式喷嘴是一种通过压缩空气使液体产生高速旋转而实现雾化的方法。
具体来说，当压缩空气通过进口管进入节流口时，会形成一个高速旋转的涡流，这个旋转会将液体带到节流口处，并使其产生快速旋转。
随着旋转速度加快，液体表面会出现不规则形状的涟漪，最终形成小颗粒的雾状物质。
2. 压力式喷嘴压力式喷嘴是一种通过高压液体将液体雾化的方法。
当高压液体通过进口管进入节流口时，会在节流口处形成一个高速的液体流动，这个流动会将液体表面带到节流口处，并使其产生快速旋转。
随着旋转速度加快，液体表面会出现不规则形状的涟漪，最终形成小颗粒的雾状物质。
四、气体雾化原理1. 压缩空气式喷嘴压缩空气式喷嘴也可以用于将气体雾化。
具体来说，当压缩空气通过进口管进入节流口时，会形成一个高速旋转的气流，在这个过程中，它会将周围的空气带到节流口处，并使其产生快速旋转。
随着旋转速度加快，周围空气会与输入的气体混合并产生不规则形状的涟漪，最终形成小颗粒的雾状物质。
2. 超声波式喷嘴超声波式喷嘴是一种通过超声波将气体雾化的方法。
具体来说，当高频超声波通过进口管进入节流口时，会在节流口处形成一个高速的气体流动，这个流动会将周围的空气带到节流口处，并使其产生快速旋转。
随着旋转速度加快，周围空气会与输入的气体混合并产生不规则形状的涟漪，最终形成小颗粒的雾状物质。
五、总结喷嘴是喷雾技术中不可或缺的部件之一。
本文介绍了压缩空气式喷嘴和压力式喷嘴两种液体雾化方法，以及压缩空气式喷嘴和超声波式喷嘴两种气体雾化方法。
撞击式喷嘴雾化数值模拟研究
撞击式喷嘴雾化数值模拟研究摘要：本文研究了撞击式喷嘴的雾化性能，Fluent软件模拟中以水为介质，气相使用湍流模型，采用液滴碰撞和破碎模型，使用两个参数来控制颗粒轨道计算时间积分项：积分尺度或步长因子，用于设定每个控制体内的积分时间步长；最大积分时间步数，用于终止轨道的计算。
开展了不同喷射压力、撞击角度、喷嘴直径条件下撞击式喷嘴外部喷雾特性的数值模拟研究。
关键词：撞击式喷嘴 Fluent软件雾化1引言计算流体力学(CFD) 作为燃烧、流动过程数值研究的强有力的工具，使得发动机工作过程的数值仿真成为可能。
它具有成本低、易于改变模拟条件等优点，可以对发动机各部件的工作过程进行数值模拟，从计算结果中挖掘出许多很有价值的信息。
实践表明：大量的仿真计算与有限次数的热试车相结合是减少新型号发动机研制费用，提高试车安全性，加快研制进程的主要途径。
因此数值模拟的成功应用将极大地推动火箭发动机技术的发展、节约发动机的研制费用并缩短发动机的研制周期，意义十分重大。
2雾化机理在液体火箭发动机的推力室中，推进剂的雾化是在一定的喷注压降下，通过装在推力室头部的喷注器上的喷嘴来实现的。
喷嘴是构成喷注器最基本的元件，推进剂组元雾化和混合的工作是由组成喷注器的一个或多个喷嘴完成的，每个喷嘴将一定流量的推进剂组元供入燃烧室，并实现雾化。
3.喷嘴雾化数学模型物理模型：圆柱形射流雾化在建模过程中通常引入以下假设：（1）忽略液体射流的分裂和雾化过程，即认为液体推进剂一旦离开喷嘴，就成为离散的微小液滴；（2）喷雾一般作为稀薄喷雾处理，从而忽略液滴之间的相互作用；（3）喷雾液滴按其尺寸分布被分成若干组，每组内的液滴具有相同的半径、温度和速度以及相同的运动轨迹；（4）液滴与气体之间通过相对运动、传热和蒸发实现动量、能量和质量的交换。
雾滴破碎模型： Fluent中提供了泰勒比破碎（TAB）模型和波动破碎模型。
TAB模型适合低韦伯数射流雾化以及低速射流进入标态空气中的情况。
滑油系统喷嘴打靶、流量试验技术研究
滑油系统喷嘴打靶、流量试验技术研究一摘要滑油系统喷嘴是润滑转动件的关键零件，一般要求单件进行打靶和流量试验，打靶试验检测喷口位置的准确性，要求控制靶后流量，一般试验要求供油温度和供油压力，当供油压力稳定1分钟后进行流量测试，通过靶孔的流量一般不小于总流量的85%。
技术要求原则上考虑流阻影响单件与组件有差别，考虑通过量影响靶前与靶后有差别。
工程研制中由于没有明确的标准，基本存在以下问题。
二流量设计喷嘴喷口按长径比一般分为两种，为长孔口和薄壁孔，流量计算方法有一定差别，具体如下。
1.长孔口喷嘴流量计算长孔口喷口结构见图1，一般L=2-4d，流量计算公式为：式中：W为流量，L/min；Cd为流量系数；d为孔径，mm；ΔP为压差，MPa；ρ为密度，。
图1 长孔口结构图初选Cd值，求解Re×（d/L），并与图2对比，若能够对应则表明Cd值能够满足要求，此时流量为喷口流量，不满足则调整参数，重新计算。
式中：Re为雷诺数；L为喷口长度，mm；v为速度，mm/s；v0为运动粘度；A为喷口面积，mm2。
图 2 流量系数与Re×（d/L）间关系2.薄壁孔喷嘴流量计算薄壁孔喷口结构见图3，一般L≤2d，基本不用于滑油喷嘴润滑，一般为限流嘴结构使用，流量计算公式与细长孔相同，只是最终对比调整Cd值与关系，见图4。
图3 薄壁孔结构图图4 流量系数与间关系三流阻因素影响及计算方法一般喷嘴出口的滑油压力全部转化为动能，但流过喷嘴的实际流量往往比理论流量小，因此计算时必须考虑流阻的影响。
流阻损失分为沿程压力损失和局部压力损失。
液体在直管中流动时的压力损失是由液体流动时的摩擦引起的，称之为沿程压力损失，它主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和粘度等。
另一类是油液流经局部障碍（如弯头、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成漩涡引起油液质点间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失称之为局部压力损失。
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型对靶式喷嘴雾化特性进行了理论计算 , 并与实测值进行了比较 。结果表明 : 在气流量不变的情况下 , 随着气液质
量比的增加 , 靶的作用影响越来越小 , 而气液作用影响越来越大 , 选择好气液比对充分发挥靶和气液相互作用两种
雾化方式的作用很重要 ; 建立的雾化模型理论计算值与实测值吻合较好 , 该模型能够反映出靶式喷嘴雾化特性 。
随着气液比的增大 , 虽然射流撞击靶心形成的 液膜边缘厚度逐渐增大 , 但雾化液滴 SMD 值却逐渐 减小 。这说明 , 气流量不变时 , 随着气液质量比的 增大 , 靶的作用越来越小 , 而气液相互作用影响越 来越大 , 选择好气液比对充分发挥靶和气液相互作 用两种雾化方式的作用很重要 。
Fig13 Variation of liquid film thickness with gas2liquid ratio for N style spray nozzle
第第251期卷
靶式喷嘴雾化模型理论研究
67
212 液膜破碎
靶式喷嘴中液流撞击形成的液膜表面在高速气
流作用下发生变形 , 在 T1 和 T2 时刻其表面形状变 化如图 2 所示 。当液膜吸收气流能量而获得的脉动
动能足以冲破表面张力能的束缚时 , 液膜破碎 , 其
破碎准则[6 ]为
vL2
>
2σLλh
31813
3
Liquid mass flux 387310 353515 329111 288614 241418
射流撞击靶心形成液膜边缘厚度 he 随着气液质 量比 ALR的变化如图 3 所示 。在气流量不变或变化 不大时 , 随着气液质量比的增大 , 液膜边缘厚度增 加 , 靶对喷嘴雾化所起的作用越来越小 。
得到 了 描 述 靶 式 喷 嘴 雾 化 液 滴 索 太 尔 平 均 直 径
( SMD) 的半经验计算公式如下[6]
SMD
=
he [1
+
1 AL
R
]γ[
A
(ρaσuL2r
) he
a
+
B
(ρLμσLL2 he)
b]
(7) 式中 ALR为喷嘴气液质量比 , μL 为液体动力粘性系 数 。A , B , a , b , γ 为系数 。由大量的实验数据
膜运动速度 , L 为气液作用的距离 , c 为系数 , h
为液膜的厚度 。
由式 (6) 可知 , 增大 ρa u2r 及气液作用距离 L , 液膜脉动能量增加 , 能破碎较大厚度的液膜 。但实
L
∫ 际上随着 L 增大 , ur 逐渐减小 , 所以 ρa u2r d x 取最 0
大值是设计最佳靶式喷嘴混合管尺寸的准则 。
68
推 进 技 术
2000 年
雾化液滴索太尔平均直径 SMD 随着气液质量比 ALR的变化如图 4～6 所示 。从图中可以看出 : (1) 利用本文建立的雾化理论模型计算值与实测值[6] 吻 合较好 , 最大误差在 8 %以内 。说明本文建立雾化 理论模型的思路是正确的 , 该模型较好地反映了靶 式喷 嘴 的 雾 化 特 性 ; ( 2) 随 着 气 液 质 量 比 增 大 , SMD 值减小 , 雾化效果变好 。
Fig14 Variation of Sauter mean diameter with gas2liquid ratio for M style spray nozzle
Fig15 Variation of Sauter mean diameter with gas2liquid ratio for N style spray nozzle
(Coll1of Astronautics , Northwestern Polytechnical Univ1 , Xi′an , 710072 , China) Abstract : Based on the mechanism of liquid film formation , breaking and liquid droplet formation , an atomizing model for target spray nozzle was presented1The theoretical computation was performed for target spray nozzle1 The main conclusions are : (1) The bigger mass ratio of gas to liquid , the more important the influence of gas on atomizing effect , since the gas mass flux doesn’t vary1 (2) The acceptable agreement between computation and experimental data shows that the atomizing model and the solving algo2 rithm for target spray nozzle are successful1 Key words : Imping injector ; Liquid injection ; Atomization ; Mathematical model
计算所用的三种靶式喷嘴主要结构参数及运行 参数分别如表 1 和表 2 所示 。
Table 1 Structure parameter
Target spray nozzle style Impinging jet angle θ/ (°)
M
N
H
90
60
60
Liquid spray nozzle diameter d0/ mm
</π)
1)
sin2
π (2
( π2θ)
1-
</π)
]
ρ L
u2j R2
kσL
(2)
1 + (π/ β) 2 - [1 + 2/ (eβ - 1) ]/ cosθ = 0 (3)
式中 ρL 为液体密度 , R 为射流半径 , uj 为射流速
度 , σL 为液体表面张力 。< 为半径 r 的极角 , β为
得
对于θ= 90°的靶式喷嘴
A = 0125 ～ 013 , B = 1175 , γ = 0167 , a = 015 , b = 0151 对于θ= 60°的靶式喷嘴
A = 110 ～ 115 , B = 1175 , γ = 0167 , a = 017 , b = 0151
3 雾化模型计算与分析
与θ有关的数值 , 由式 (3) 确定 。k 为系数 。
Ξ 收稿日期 : 1999212222 ; 修订日期 : 2000201217 。基金项目 : 航空基础科学基金 (99C53033) 和国家重点实验室基金 资助项目 (99JS60 256005) 。
作者简介 : 胡春波 (1966 —) , 男 , 博士 , 副教授 , 研究领域为多项流 、非牛顿流和非定常气体流动 。
Fig12 Liquid film shape
213 雾化液滴的形成 根据式 (1) 确定的液膜边缘厚度和式 (6) 确
定的液膜破碎准则 , 结合大量的实验数据[6] , 总结
Table 2 Gas liquid flow parameter
kg/ h
Operating mode
Parameters
Fig16 Variation of Sauter mean Diameter with gas2liquid ratio for H style spray nozzle
4 结 论
(1) 在气流量不变的情况下 , 随着气液质量比 的增加 , 靶的作用影响越来越小 , 而气液作用影响 越来越大 , 选择好气液比对充分发挥靶和气液相互 作用两种雾化方式的作用很重要 。
mL
(4)
式中 vL 为液膜表面脉动速度 , mL 为液膜的质量 。
由于 vL 主要与作用于液面的气体动力有关[6] , 即
∫ vL2 =
L 0
cρma uL2rλd
x
(5)
将式 (5) 代入式 (4) 得
∫L 0
cρa u2r 2σL h
d
x
>
1
(6)
式中 ρa 为空气密度 , ur 为气液相对速度 , uL 为液
11
5
5
Mixed pipe diameter D/ mm
49
35
30
Mixed pipe length L/ mm
1310
740
460
Nozzle trough width / mm
2016
15
15
Nozzle trough length / mm
7015
4914
4914
Fig11 Liquid sheet formed by two impinging jet
2000 年 10 月 第 21 卷 第 5 期
推 进 技 术
JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY
Oct12000 Vol121 No15
靶式喷嘴雾化模型理论研究Ξ