气泡雾化喷嘴及其喷雾特性
喷嘴雾化的原理
喷嘴雾化的原理
喷嘴雾化的原理是通过将液体经过雾化器喷嘴，使其变成微小的液滴，从而形成雾状。
喷嘴雾化的原理主要包括以下几个步骤：
1. 转化液体为气雾：液体通过管道输送至喷嘴。
在喷嘴内部，液体受到压力的作用，形成高速流动。
由于液体与管道内壁的摩擦和压力差，使得液体表面出现许多小涡旋和液滴的撕裂现象。
2. 引起剪切作用：当液体在喷嘴出口处流速增加时，液体分子之间的剪切作用会导致液体表面的局部脱离。
这种过程被称为剪切剥离，使液体形成小液滴。
3. 撕裂液滴：由于液体喷出速度的变化，液滴在喷嘴出口遇到空气流动时会被撕裂成更小的液滴。
撕裂过程中，液滴的表面积增大，使得液滴变薄。
4. 气雾形成：经过多次撕裂和剥离作用，液滴逐渐变小，并最终变成微小的液滴。
这些微小的液滴形成的云雾状物体被称为气雾，可以悬浮在空气中。
综上所述，喷嘴雾化的原理是通过液体在喷嘴内部受到压力作用，形成高速流动，从而通过剪切和撕裂作用将液滴逐渐细化，最终形成微小的液滴，从而实现雾化效果。
喷雾器喷嘴雾化原理
喷雾器喷嘴的雾化原理是将液体通过高速气流的冲击产生剪切力，使液体形成细小液滴并均匀地分布在空气中。
具体来说，喷雾器喷嘴内部的液体经过压力泵或其他装置推动，经过喷嘴后形成一束速度较快的射流。
射流流过喷嘴口时，会受到环绕在其周围的高速气流的冲击，产生剪切力，从而使液体形成小液滴。
这些液滴随着气流的运动向外扩散，并在空气中均匀分布。
喷雾器喷嘴的雾化效果与液体的物理特性、喷嘴的结构参数、气体流量和压力等因素有关。
例如，液体的粘度、表面张力和密度越大，对应的喷嘴孔径和压力就需要相应调整。
此外，喷嘴的结构参数，如喷嘴直径、出口形状和角度等也会影响雾化效果。
喷雾器喷嘴的雾化原理主要应用于液体喷雾领域，如喷雾涂装、农药喷洒、医疗器械消毒等。
它可以将液体均匀地分布在需要喷洒的区域，提高液体利用率和作用效果。
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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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。
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
空气雾化喷嘴在横向流动中的喷雾特性研究
摘 要： 采用激光雾滴粒径分析仪（ Ｍａ ｌ ｖ ｅ ｒ ｎ ） 测试不同方 案结构 的空气雾 化喷 嘴单 元在横 向流动 中的喷雾特
性， 并测试 了基础双环预混旋流结构和加装空气雾化喷嘴改进结 构的喷雾特性 。结 果表明 ： 空气 雾化喷嘴在 横 向流动中的喷雾特性随工况条件 改变而产 生的变化趋 势符合雾 化 的基 本原理 ； 基础结 构和改进形 式双环 预｝ 昆 旋流结构的对 比显示改进结构在各个工况下 喷雾 的液滴索太 尔平均直径 Ｓ ＭＤ明显减 小 ， 在 出 口附 近液 滴分布更加均匀。说 明当主燃级采用空气雾化喷嘴时 ， 可以明显的提高其雾化性能 ， 有 利于改善油气混合 。
的距 离 。Ｔ ａ ｍ ｂ ｅ 等人 研究 了在 不 同射 流初 始 速度
污染 物 日益增 多 ， 对环 境 的污 染 也 日趋 严 重 。 因此
低 污染燃烧 室技 术是 目前航 空发 动机 燃烧 室设计 的
和 喷嘴直 径时 ， 射 流穿 透深 度 的变化 趋 势 。实 验 证 明， 射 流初 始 速 度 越 大 ， 动量 比越大 ， 穿 透 深 度 越 大； 喷嘴直 径 越 大 ， 穿 透深 度越 大 。Ｗｕ Ｐ Ｋ＿ ６ 通过 改 变液 体 种 类 、 喷 嘴 直 径 以及 马 赫 数 分 析 柱 状 破 碎 和表 面 破 碎 ， 基 于 对 圆柱 流 的力 分 析 得 出 穿 透 深 度 与动 量 比 的关 系 式 ， 由 此 推 出 阻 力 系数 的关
勒 测速 仪 （ Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ Ｄ ｏ ｐ ｐ ｌ ｅ ｒ Ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｍ ｅ ｔ ｒ ｙ ， Ｌ Ｄ Ｖ） 、 投 影成
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。
空气雾化喷嘴装置方案1.05---精品资料
空气雾化喷嘴装置设计强氧化法脱氮技术是将含活性羟基自由基氧碱性液体在脱硝塔内接触反应，把氮氧化物氧化成二氧化氮，然后通过碱液吸收形成硝酸盐达到控制氮氧化物排放的目的。
目前，为了提高氮氧化物的脱除效果，在进脱硝塔前加装脱硝液气溶胶发生装置，以对需脱硝气体进行预处理。
因此脱硝剂的雾化程度越高，反应面积越大，反应更充分，脱硝效果就越好。
由此脱硝剂的雾化效果是预处理脱硝环节的核心，而雾化喷嘴的性能决定雾化效果的好坏。
空气雾化喷嘴是一种广泛应用于液体雾化的装置，其主要特点是在喷嘴内设计了空气流道，利用高压空气的喷散作用，以较高的速度夹带着液体喷出，使液体雾化为更细的液滴。
空气雾化喷嘴具有质量高、气耗率低、辐射热量少，供给系统简单可靠等优点。
方案简述：空气雾化喷嘴设置在脱硫塔与脱硝塔之间的系统烟气管道内，不改变系统烟气管道尺寸以减少施工量的同时满足设计需要。
烟气管道上焊接DN100短管并加装法兰，喷头通过DN100短管插入管道内，在管道内焊接成120°的角钢50X8以固定喷头，固定喷头处采用螺栓加紧箍以固定；喷头距离脱硝塔进口不小于4m。
管道上同时设置一个DN600人孔方便维修改换喷头。
人孔设置在管道上方，并有围栏装置，围栏直通脱硝塔垂直爬梯。
空气喷嘴雾化系统利用压缩空气（压力0.3MPa左右）和含活性羟基自由基氧碱性液（虹吸或重力式）两相流体，通过喷嘴内导气环、靶钉及空气帽的混合，形成三次压降三次雾化，产生不大于50μm 的液滴颗粒，与烟道内的烟气混合形成气溶胶系统。
达到烟气与含活性羟基自由基氧碱性液充分接触反应，达到脱硝预处理的目的。
下图是空气喷嘴雾化系统流程简图。
1.气溶胶系统气溶胶系统根据雾化液体的有无压力分为压力喷雾装置和重力/虹吸喷雾装置。
如下图2所示鉴于活性羟基自由基氧碱液不能经过泵输送，只能通过压缩空气来施压提供动力，因此我们采用虹吸/重力喷雾装置。
1.1重力喷雾装置重力喷雾装置大体分为：供气系统、供碱液系统。
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图 > 的试验数据是在相对较低的压力下获得 的 " 这些在汽轮机和喷雾涂层上很有用 ! 在高压下
+ 如图 !. 的试验数据是典型的在柴油机上获得的 ! 这
些数据明确的表明了增加雾化压力对提高雾化效果 的有益作用 ! 一个例外就是 B’C8D)* 等人用粘度为
"0EFG8HIJKL 的牛顿流体做试验 " 发现对这种高粘度
评审研讨会在河海大学常州校区隆重召开 $ 出席本次研讨会的领导与专家有江苏省科技厅计划处处长薛小 平 " 副处长李建民 ! 江苏省科技厅高新技术处马圣元 ! 江苏省经贸委资源处原处长龚逸峰 ! 江苏省信息中心 副总工程师许瑞林 ! 江苏省能源研究会理事长李大骥 " 秘书长魏启东 ! 常州市科协主席刘斌 ! 河海大学校长 助理兼常州校区管委会主任刘德有 $ 薛小平 " 李大骥 " 刘斌 "刘德有等同志分别在研讨会上做了报告 $ 来自全 省高校 " 科研单位及企业的专家 "学者 ]" 多人参加了研讨会 $ 我国国民经济发展将进入第十一个五年计划 ! 为了更好编制我国 % 十一五 & 科学技术发展规划 ! 在国务 院领导下 ! 国家科技部于 !"") 年组织开展了我国中长期科技发展规划研讨 ! 确定了 !" 个科技专题开展重 点研究 $ 江苏省政府对编制我省 %十一五 & 科技发展规划也作了总体部署 ! 要求通过开展深入的前期研究 ! 明 确我省 % 十一五 & 科技发展重点方向和任务 $ 本次研讨会正是根据省科技厅的要求 ! 由省能源研究会组织对 能源领域的重大发展方向进行研究讨论 ! 提出我省 % 十一五 & 新能源发展的重点方向 ! 为我省 % 十一五 & 规划 的编制提供依据 $ 共有来自 !" 多个单位的 #C 个项目参加了研讨 ! 包括太阳能 "风能 " 生物质能 "核能 " 地热能 " 抽水蓄能 " 燃料电池等新能源的开发利用 ! 还有对新能源开发利用的政策研究 $ 每个项目经过项目陈述 "专家提问和专 ’’ 常州天合光能有限 家组讨论等几个环节 ! 整个会议气氛认真而热烈 $ 会议期间还安排参观新能源企业 ’ 公司 !与会代表亲身感受新能源的实际应用 $ 本次会议促进了我省能源界的相互交流 ! 加深了对新能源发展的理解 ! 明确了我省新能源发展的思路 " 技术路线以及产业化的预定目标 ! 会议取得了圆满成功 $
压力对液滴速度的影响 ! 发现增加雾化压力液滴速 度会增加 ! 他们还研究了气液比对速度的影响 " 发现 随着 A3@ 的增加 " 速度稳步增加 " 如果雾化气的质 量越大 "加在其上的空气动力越大 "液滴速度增加更
! ! "1$%&’() %,- *+%&’(, A3@ $-./-.$!0
快!
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789
气泡雾化喷嘴的工作原理 喷嘴由四部分组成 $ 流体和气体进口 !混合室及 喷雾出口 " 如图 7 所示 " 气泡雾化喷嘴 # 其雾化机理不同于压力和气动 雾化 " 在气泡雾化中 #气体在喷嘴出口上游以射流形 式注入液体中 # 沿着中心孔管向下流动 # 气体 : 雾化 气 ; 进入中心孔管的环形腔内 # 气体的压力比液体压 力稍高 # 气体从中心孔管的孔进入流体 # 并形成气 泡 " 气泡在两相流动过程中加速 ! 变形 ! 膨胀 #在喷嘴 出口将液体挤压成丝状 # 并于离开喷嘴出口极短的 距离内 #由于内外压差的增大而急剧膨胀甚至爆炸 # 将液丝线炸成更加细微的颗粒 "
喷嘴是一种新型重油燃烧嘴 " 其雾化机理不同于压 力和气动雾化 # 此种雾化方式相比常规雾化方式有 很多优点 )’-(
67879:;7 72 @?, 对 水 进 行 气 泡 雾 化 " 雾 化 气 体 采
用氮气 " 气体注入压力是 -#,0 "’&"KL@ " 气体注入方 式是从里向外 " 喷嘴出口大小是 ",<"!,#CC" 气液比 是 !"!!M#
的雾化方式小 # 我国燃用重油 ! 渣油 ! 油浆等高粘度燃料的动力 设备包括燃气轮机 ! 动力锅炉 ! 化工加热炉 ! 窑炉等 " 在燃烧过程中存在许多问题 " 主要是燃烧器产生的 燃料液雾颗粒大且不均匀 " 造成液体颗粒的着火延 迟 ! 不完全燃烧等等 # 全国每年的重 ! 渣油消耗量多 达 0"12 $
下 " 最大的直径 +!0#JJ. 获得的雾化效果没有多大提 高 ! 在高压下+77,9&. "=&/) 和 =&/) 等人也发现了 类似的规律 ! 他 们 发 现 总 出 口 直 径 从 "0>G 增 加 到
"07#JJ 时 " 平均粒径略微减小 ! 这可能是长径比减
小的结果 !
"雾化颗粒平均速度 9&DC;&HD’O&$%MN8& 与 %&D8&* 等 人 研 究 了 雾 化
! lmnD12
目前所进行的气泡雾化主要采用油 %水等雾化 #
67879:;7 于 %&<< 年 首 先 发 现 一 种 不 同 于 气 爆
雾 化 =/>; &9?@A2 /2BC>D@2>BE( 和 气 体 辅 助 雾 化 =/>; &
@AA>A2 /2BC>D@2>BE( 的雾化方法 & 气泡雾化方法 =/7;! @27F&?>GH>F B; I887;:7AJ7E2 /2BC>D@2>BE($ ’%(气泡雾化
流 体 %,- 明 显 不 受 雾 化 压 力 的 影 响 "B’C8D)*$
%MN8&$A)C8O)*$%MN8& $ A)C8O)* 用高粘度非牛 顿 流 体
也有类似发现 !
50 气液比的影响
气液比是一个重要的参数 " 因为在保证雾化液 滴平均粒径的情况下 " 它能决定雾化气的最少用量 ! 大多数的研究表明了 A3@ 和雾化颗粒粒径的关系 !
万方数据
!"#$%&’( H"I$%&9( ) J *+,-.%/0123 *+,-$%/KL23 /45678&9:;<&=(>?@4ABCDEFG /45678&’M;<&=(>?@4ANCDEFG
[ \]^_) 月 C 日 ! 由江苏省能源研究会组织的江苏省 % 十一五新能源重点领域与重大项目选择研究 & \]^c
) # !"#$%&来自78!雾化机理研究
41&<=&, 和 (&)&*+,& 观 察 到 了 从 出 口 喷 出 的 气
泡喷到液体流中 # 在离开出口的时候 # 气泡经历了压 力突降的过程而迅速膨胀 #把液体粉碎成小颗粒 " 如 图 # 所示 "
) @ 123456 !""# 年第 ! 期
% 9A %
’# (
NHJKE7; 72 @?,对水煤浆进行气泡雾化 "
雾化气体采用空气 "气体注入压力是 !0""% "0"KL@ " 气 体 注 入 方 式 是 从 外 向 里 " 喷 嘴 出 口 大 小 是 ",0 "
!注入气体的压力比其它型式雾化喷嘴所要求
的压力低几倍 "但同样可以获得好的雾化效果 #
!,0CC "气液比是 #"%<M#
&气泡雾化喷嘴中流体的 流 动 速 率 比 常 规 的
小 # 因为与单相流动相比 " 两相流动被限制在较低的 流速 # 这可以减少液体中悬浮的固体颗粒对喷嘴孔 的磨损 # 这种装置简单 % 实用 % 运行的费用低 " 而且几 乎不需要维护 #
’ 在燃烧应用方面气泡雾化喷嘴产生的喷雾由
于喷雾中心空气的存在而有较低的污染排放 #
’0(
从前人所做的试验可看出国内外研究者最感兴 趣的气泡雾化特性是研究雾化颗粒的大小 % 速度分 布 %喷雾角 #
!""# 年第 ! 期
!""#$ "%$ %&
, %+ ,
万方数据
!雾化颗粒的粒径
雾化颗粒的粒径是评价喷嘴质量的重要指标 ! 在实际的喷嘴雾炬中 " 雾化颗粒的直径不是单一的 ! 为了表示雾炬颗粒的大小 " 常采用平均直径的概念 来说明 " 根据使用场合的不同有不同概念的平均直 径 " 常见的有 $%&’()* 平均直径 +%,-. " 又称比表面平 均径 " 它是按平均直径计算的假象液滴群的总体积 与总表面积的比值相等来确定的 ! 重量平均直径 /, 是以质量为权的平均径 ! 中径 /"01+,,-.是以颗粒群 中累积质量百分数占总重量的 1"2 所对应的直径 !
径分布的影响 !
C0 液体类型的影响
大 多 数 的 气 泡 雾 化 器 采 用 牛 顿 流 体 ! B’C8D)* 和 %MN8& 研究了非牛顿流体的雾化 ! 他们用具有非 牛顿流体特性的水 $ 甘油和黄原胶聚合物的混合物 做液体 ! 牛顿流体的雾化 %,- 比非牛顿流体的小 " 非牛顿流体能表现出粘弹性流体的特性 !
&0 雾化压力的影响