細(xì)霧噴嘴射流特性的管理論文

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細(xì)霧噴嘴射流特性的管理論文

　　摘要：首先對(duì)噴嘴外部射流的特性進(jìn)行了理論分析，用邊界層微分方程求出了其速度分布的積分解，繪制了噴嘴外部射流的軸向速度分布圖。然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了TF6噴嘴的霧化粒子各平均直徑隨壓力變化的規(guī)律。

細(xì)霧噴嘴射流特性的管理論文

　　關(guān)鍵詞：細(xì)霧噴嘴射流特性速度分布粒子分布特性

　　0.引言

　　壓力式細(xì)密霧化噴嘴是一種使液體霧化的重要裝置，在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。它不僅被廣泛地應(yīng)用于抑制火災(zāi)的蔓延、空氣的熱濕處理之中，而且在液體燃料的霧化燃燒、工藝清洗、除塵控制以及殺蟲(chóng)劑的噴灑等方面也有著廣泛的應(yīng)用。與一般的霧化噴嘴相比，壓力式細(xì)霧噴嘴能提供細(xì)密的水霧，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。近幾年許多學(xué)者對(duì)噴嘴的射流特性及霧滴粒子分布等情況進(jìn)行了相關(guān)的研究。其中，文[1]對(duì)高壓細(xì)水霧滅火噴嘴的射流特性進(jìn)行了理論分析，對(duì)索太爾平均直徑隨壓力的變化關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)的研究。文[2]主要對(duì)氣液兩相壓力對(duì)霧化粒子尺寸的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)對(duì)單相噴嘴霧化的效果也進(jìn)行了一定的研究。文[3]對(duì)氣動(dòng)旋流霧化原油噴嘴的索太爾平均直徑隨壓力的變化關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)研究。文[4]對(duì)雙路離心式噴嘴的索太爾平均直徑隨壓力的變化關(guān)系進(jìn)行了研究。這些研究多數(shù)是針對(duì)氣動(dòng)噴嘴的霧化效果展開(kāi)的，而有關(guān)以霧化水為主要目的的直接壓力式細(xì)霧噴嘴的霧化特性的研究還比較少。因此，對(duì)壓力式細(xì)霧噴嘴的射流特性進(jìn)行理論分析，對(duì)它的霧滴分布情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，不僅具有重要的理論意義，而且具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1.射流特性分析

　　水從噴嘴噴出后其流動(dòng)的外部結(jié)構(gòu)是典型的圓形紊動(dòng)射流。其流動(dòng)的外部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，未受到外界空氣卷吸影響而保持原來(lái)出口流速的中心部分稱為核心區(qū)（圖中的ACB區(qū)），之后的部分稱為發(fā)展區(qū)。

　　從出口至核心區(qū)末端的部分為起始段，紊動(dòng)充分發(fā)展以后的部分為主體段。起始段與主體段之間為過(guò)渡段，過(guò)渡段較短，在分析中為簡(jiǎn)化起見(jiàn)將這一段忽略。噴霧系統(tǒng)的工作段主要在主體段，因此外部霧化特性分析主要針對(duì)主體段。

　　圓形射流雖然沒(méi)有固體壁面，但可以用邊界層微分方程求解[5]。取射流的中心軸為x軸，徑向距離為r(見(jiàn)圖1)。射流的速度用來(lái)表示，其中和分別表示軸向和徑向流速。由于在自由紊流射流中，周圍流體中的壓強(qiáng)為常量，即壓強(qiáng)梯度。因此，在圓柱坐標(biāo)下的圓形紊動(dòng)射流的微分方程及連續(xù)性方程分別為：

　　若同時(shí)忽略空氣阻力的影響，則射流沿x方向不受外力的作用，從而動(dòng)量通量J為常量。根據(jù)相關(guān)的已知條件求解上述微分方程，其速度分布的積分解為(求解方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[5])

　　其中為射流中心最大速度，且射流的總動(dòng)量為式中，為水的密度；為水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)；為無(wú)量綱變量，；為無(wú)量綱數(shù)，；為積分常數(shù)，；為噴孔的直徑；為射流出口處的流速。

　　式(5)及式(6)分別為軸向及徑向速度分布的無(wú)因次解，根據(jù)式(5)繪制的流速分布曲線如圖2所示。

　　圖2中的橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)均是無(wú)量綱量，說(shuō)明在射流的主體段內(nèi)速度的分布在不同的斷面上具有相似性。

　　2.霧化粒子分布特性

　　為了定量評(píng)價(jià)噴嘴在不同壓力時(shí)霧滴粒徑的分布情況，需要采用反映全部霧滴粒度大小的特征參數(shù)作為評(píng)價(jià)的指標(biāo)。特征參數(shù)有很多，按直徑分段作出的數(shù)量比例（頻率）、表面積比例（頻率）、體積比例（頻率）、累積體積比例分別稱為數(shù)量分布、表面積分布、體積分布及累積體積分布。它們均從不同的側(cè)面反映了霧滴譜的分布特性。其中，累積體積分布用累積體積百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，它是指小于某個(gè)直徑的所有液滴的體積占全部液滴體積的百分?jǐn)?shù)，如D0.1，D0.5，D0.9分別表示體積百分?jǐn)?shù)（即粒子分布概率）為10％，50％，90％時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒子直徑。

　　由于實(shí)際液霧中顆粒的尺寸不一會(huì)給分析問(wèn)題帶來(lái)許多不便，因此經(jīng)常要用到平均直徑的概念，即設(shè)想存在一個(gè)液滴尺寸均勻的液霧，它在某方面的特性可以代表實(shí)際不均勻液霧的特性，該假想的液滴尺寸就是平均直徑，上面所提到的體積平均直徑即是其中之一。除此之外，液滴的平均直徑還有多種，如質(zhì)量中間直徑、數(shù)量平均直徑、索太爾平均直徑等，在這些平均直徑中，索太爾平均直徑最常用。它是指液霧內(nèi)全部霧滴的體積與總表面積的比值，用D32表示。根據(jù)定義D32可以表示為：

式中，D－粒子的直徑；dN－粒子數(shù)增量。

　　從上式可以看出，D32越小相同體積的液體具有的表面積就越大，因而霧化質(zhì)量就越好。因此，D32也從某一個(gè)側(cè)面反映了霧滴譜的分布特性。

　　在下面的分析討論中，將使用D0.1，D0.5，D0.9，D32等平均直徑來(lái)分析不同壓力下霧滴直徑的分布規(guī)律。

　　本文將對(duì)TF6噴嘴的各種霧滴直徑隨壓力變化的規(guī)律著重進(jìn)行研究。因?yàn)樵摲N噴嘴不但具有細(xì)密的霧化效果，而且可選擇的噴霧角范圍較寬，在工程中被廣泛地應(yīng)用，因此對(duì)該種噴嘴進(jìn)行研究，對(duì)工程實(shí)踐具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。TF6噴嘴的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。噴霧的壓力通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)閥門的開(kāi)度來(lái)控制，壓力值由0.4級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力表測(cè)量；粒徑的分布采用馬爾文粒度分析儀來(lái)測(cè)量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，將TF6噴嘴的霧化粒子各平均直徑D0.1，D0.5，D0.9，D32隨噴霧壓力P的變化規(guī)律繪制成了曲線，如圖5所示。

　　從圖5可以清楚地發(fā)現(xiàn)其霧滴平均直徑的分布規(guī)律。即D0.9最大，D0.1最小，D0.5和D32介于D0.9和D0.1之間。隨著噴霧壓力的升高，霧化粒子的各平均直徑均降低，但這種降低又是有限度的，當(dāng)壓力增大到一定的程度后，霧化粒子的粒徑分布趨于平緩，其中D0.1最為明顯。這表明，對(duì)某一特定的噴嘴而言，當(dāng)壓力達(dá)到一定的限度后，單純靠提高壓力已不能達(dá)到減小霧化顆粒直徑的目的。

　　3.結(jié)論

　　3.1通過(guò)對(duì)噴嘴射流特性的理論分析可知，在射流的主體段內(nèi)速度的分布在不同的斷面上具有相似性。

　　3.2隨著噴霧壓力的升高，壓力式細(xì)霧噴嘴的霧化粒子的各平均直徑均降低。但這種降低有一定的限度，當(dāng)壓力增大到一定的程度后，壓力的影響已不明顯。

　　參考文獻(xiàn)

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