喷嘴安装角对横向气流中雾化液滴粒径影响的研究

建立了旋流喷嘴雾化的数值计算模型,将计算结果与静止大气环境下液滴粒径的试验数据进行了对比,证明该数值计算模型的准确性.利用数值计算方法,研究了旋流喷嘴在不同安装角下,喷雾进入横向气流场后液滴Sauter直径(SMD)的变化规律,给出了喷嘴出口下游矩形管道中不同截面上雾化液滴粒径的分布情况.结果表明:对于压力旋流喷嘴,安装角与液滴统计粒径呈多值关系;随着喷嘴安装角的增大,液滴粒径的分布变宽.     

横向流速度对旋流式喷嘴雾化影响的数值分析

为了研究横向流速度对旋流式喷嘴雾化的影响,通过对旋流式喷嘴在横向流场中的雾化场进行数值模拟;模拟结果给出了喷雾流场随横向流速度变化的规律,并得到了不同横向流速度下喷雾液滴的索特平均直径（SMD）,进一步分析了喷嘴出口下游截面雾化粒径的分布情况。     

小流量气泡雾化喷嘴试验研究

设计了一个1.2 kg/h的小流量气泡雾化喷嘴,利用粒子动态分析仪(PDA),对喷嘴下游流场进行测量,分析了液雾粒径和速度的分布规律及其相关因子,考察了气液质量流量比、进气压力、混合室长度对雾化特性的影响。结果表明,液雾粒径沿径向呈非轴对称分布,轴线下方平均粒径大于上方平均粒径,液滴粒径随轴向距离增加呈先减小后增大的趋势;液雾轴向平均速度呈钟形分布,喷嘴出口区域液滴轴向平均速度和均方根速度都比较大,两者值均随轴向距离增加而逐渐减小。喷嘴出口区域,液滴粒径与速度间负相关性很强,随轴向距离的增加,其相关性可以忽略。气液比增大液雾粒径减小;在相同的气液质量流量比(ALR)下,进气压力增大,雾化效果变差;混合室长度为其直径的2.5倍时,雾化效果较好。     

在小型燃烧室内压力雾化旋流燃烧过程的数值模拟

利用概率密度函数模型(PDF),针对不同供油压力和喷雾锥角下压力旋流雾化喷嘴出口下游液滴群在小型燃烧室内的燃烧过程进行数值模拟研究。研究表明:随着喷雾锥角的增加,火焰张角有所增大,火焰中心及火焰区域外的燃烧室空间温度逐渐上升。燃烧室单侧出口导致了火焰偏斜,且随喷雾锥角增加而越发明显,适当增加喷嘴供油压力可改善远出口端的温度分布。本文研究的压力雾化喷嘴,在小型燃烧室内喷雾锥角=60～80°、供油压力=0.9 MPa～1.2 MPa时可以取得较好的燃烧效果。     

空气雾化喷嘴在横向流动中的喷雾特性研究

采用激光雾滴粒径分析仪(Malvern)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混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SMD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。     

废水液滴蒸发的关键影响因素分析

为研究电厂脱硫废水蒸发的规律,对喷入锅炉尾部烟道内的雾化液滴进行数值模拟,分析了运行参数对雾化液滴蒸发时间的影响,并通过拟合得到了烟气温度与喷嘴最佳喷射质量流量的关系式。结果表明:当尾部烟气速度为10 m/s、雾化液滴初始速度为5 m/s时蒸发时间最短;确定了喷嘴最佳喷射质量流量,使得雾化液滴在进入电除尘器前完全蒸发,且烟气温度高于酸露点;喷嘴喷射质量流量与蒸发时间呈线性正相关,与进入电除尘器前的烟气温度呈线性负相关。     

小流量旋流喷嘴喷雾性能影响因素的试验研究

在超高压燃油喷雾试验台上测试分析了不同环境背压及喷射流量对适用于斯特林发动机的小流量压力旋流喷嘴燃料喷射性能的影响。结果表明:喷嘴的喷雾形态受燃烧室背压的影响最明显,背压升高,喷雾锥角减小;喷射流量的影响受背压的限制,中高背压下,流量增大到一定程度后锥角开始变小,流量继续增大,雾化效果变差。喷嘴设计流量的影响为:增大设计流量,相同工况下的喷雾锥角有增大的趋势,但有效雾化的最小临界流量值变大;设计锥角的影响和设计流量类似:较大喷射流量工况下,大设计锥角喷嘴对高背压的适应性较好。研究认为:小流量工况只能采用小设计流量的喷嘴,且对高背压的适应性较差;在大流量工况下,设计流量和设计锥角均较大的喷嘴对高背压工况具有更好的适应性。     

高背压下GDI发动机多孔喷嘴油束间的相互作用

在一定容弹中,利用高速摄影和相位多普勒粒子分析仪(PDPA)研究了某5孔直喷汽油机喷嘴在不同喷射压力与背压下的喷雾形态和液滴特性.结果表明:在高背压条件下,喷雾形态在近喷嘴区域受到挤压,而在喷雾远端发生卷吸.油束间的相互作用使得油束包裹区域内产生了低压区,导致喷雾受到挤压.随着喷射压力与背压的升高,喷雾挤压更为明显.将挤压与卷吸之间的过渡位置定义为转折位置,随着背压的增加与喷射压力的降低,转折位置向喷嘴方向靠近.利用PDPA测量喷雾粒径以及速度分布,结果进一步验证了喷雾的偏转现象.由于喷雾挤压,喷雾内侧液滴聚合概率增加使得内侧出现较大粒径的液滴.     

多流体碱雾发生器内蒸发喷雾射流的数值模拟

通过对多流体碱雾发生器中伴随气固两相流的蒸发喷雾射流的数值模拟,得到了碱雾发生器内气液固三相的速度矢量场.计算结果表明,气体轴向速度呈中间高两头低的对称分布;对于不同粒径的液滴,呈现出不同的空间分布规律,大液滴由于惯性大,可以穿越周围的气流区,比小液滴有更大的扩展角;在喷嘴出口2倍管道直径区域,由于雾化液滴与固体颗粒存在较大的速度差,有利于固体颗粒的碰撞增湿.     

背压环境下压力喷嘴雾化特性实验研究

自主设计一套能够为喷嘴提供稳定背压环境的实验台架和数据采集测量系统,并对某型号压力喷嘴进行背压环境下的雾化特性实验研究。本研究运用微小流量计测量喷嘴流量,经计算得到实验喷嘴的流量系数。雾化锥角随背压的增加而减小,最终趋于稳定值。粒径变化规律为:在距离喷口较近处,相同压差条件下雾化粒径随背压的增大而减小(约20%);距离喷嘴较远时,背压越大雾化粒径越大,增幅为10%~20%。在背压低于0.3 MPa时,同一高度处不同压差下雾化粒径大小差别明显;在背压达到0.4 MPa时,实验压差对雾化粒径无显著影响,粒径大小变化小于5%。     

管道中旋流喷嘴雾化流场的速度分布特性

离心式旋流雾化喷嘴内流场的速度分布决定了喷嘴的雾化性能。利用VOF两相流模型和RNG k-ε湍流模型对管道中减温水通过旋流喷嘴雾化并与过热蒸汽混合的整个流动过程进行了三维数值模拟,获得了喷嘴雾化场的流动过程,着重分析了内外流场的速度分布特性。研究表明:流体通过离心式旋流喷嘴的切向孔后变成旋转流体,从喷嘴出口螺旋喷出后,迅速由液柱变为沿一定的锥角扩散的液膜,液膜逐渐雾化为液滴;在喷嘴内部的旋转流体,其合速度与切向速度沿径向,都是先增加后减小;随着流通截面发生改变,其速度的变化主要发生在轴向分量上,切向速度的变化比较小;流体从旋流喷嘴喷出雾化,会在喷嘴出口中心轴线附近形成回流区;当管道中的流体具有一定的流速时,还会在喷嘴前壁边缘附近形成回流区。     

螺旋形实心锥喷嘴雾化特性试验研究

为了对氨法脱硫用螺旋形实心锥喷嘴的雾化特性进行准确预测,基于高速阴影技术和图像处理方法,对两种不同螺旋升角的螺旋形实心锥喷嘴的流量特性、喷雾场结构特征、雾化角变化规律、破碎长度、液滴空间分布及平均粒径进行分析。结合脱硫常用的空心锥离心式喷嘴,开展了两种喷嘴的稳定性对比分析。结果表明:螺旋形实心锥喷嘴的流量特性与螺旋升角无关,其喷雾场呈螺旋状同心锥面分布,雾化后液滴也呈螺旋形多层次分布,即实心锥分布;螺旋形实心锥喷嘴雾化角在喷注压降大于0.05 MPa时与螺旋形升角有关,与流量和喷注压降无关;考虑螺旋面升角对液滴平均粒径的影响,得到了新的索太尔平均直径(SMD)经验关系式,预测结果与试验结果趋势一致,且螺旋升角越大,液滴平均粒径越小;螺旋形实心锥喷嘴在喷注压降小于0.05 MPa时也能保证稳定雾化,而空心锥离心式喷嘴会出现约为9 Hz的自激振荡现象,喷雾场呈"宝塔形",且具有明显的Klystron效应。     

GDI喷油器喷雾碰壁的基础试验研究

为了研究直喷汽油机喷雾碰壁可能导致的机油稀释与碳烟排放增加问题,对某款直喷汽油机喷油器进行改造,使用相位多普勒激光测试系统(phase Doppler analyzer,PDA)研究了不同壁面条件下,近壁面处喷雾液滴的粒径分布与法向速度分布特点。研究结果表明:碰壁过程对距壁面较近的液滴径向发展有显著影响,自由喷雾表现为由轴线向外液滴特征粒径减小,而喷雾碰壁则为增大趋势;壁面温度对液滴粒径概率分布和法向速度分布影响显著,壁面加热条件下粒径集中于10μm范围内,而绝大多数液滴法向速度趋近于0;壁面干湿条件的影响主要表现在粒径概率分布、特征粒径径向发展和法向速度分布,粒径概率分布形态产生变化,特征粒径径向发展呈现为由轴线向外先减小后略有增大的趋势,法向速度在10~30m/s范围内的液滴数量明显减小。此外,碰壁位置是影响液滴分布的关键因素,碰壁位置距喷嘴越远,液滴粒径分布越趋向均匀。     

汽油机缸内直喷喷嘴结构参数对雾化特性的影响研究

为了改进缸内直喷汽油机用电磁涡旋式喷嘴的喷雾特性,对喷嘴孔径、螺线管电阻和涡旋片等结构参数进行了优化设计,并在喷雾试验台上对燃油质量流量、喷雾发展过程、喷雾锥角、喷雾贯穿距、针阀延迟和喷雾粒径分布进行了试验验证。结果表明:优化设计后的喷嘴的质量流率大于原商用喷嘴的质量流率,而质量流率的线性度接近原商用喷嘴。在相同喷射时间5ms及喷油压力9.5MPa下,当喷嘴孔径由0.55mm增大为0.70mm时,喷雾发展过程较为快速,燃油流量增加约56%,喷雾锥角增加10°,但喷雾不稳定性也随之提高,雾化粒径增大。不同喷油压力下的喷雾锥角变化较大,靠近喷嘴的喷雾轮廓与孔口设计有关。喷油压力增大时,其质量流率会随之增大,雾化粒径分布在10μm～20μm范围内的喷雾液滴体积分数也会随之上升,从而提高雾化程度。     

背压对敞口型旋流喷嘴液膜特性影响的数值研究

背压对空气物性影响较大,使喷嘴液膜受到的气动力发生大幅变化。采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法对比3种常见液体工质和3种喷嘴尺寸,研究背压对雾化锥角、液膜厚度、旋流强度、液膜表面自激励不稳定性以及液膜形态的影响。结果表明：雾化锥角随背压增加而减小,其中部分喷嘴当背压达到某定值后,雾化锥角小幅波动;选用正庚烷或正十二烷为工质时,液膜厚度随背压增加而增加,达到一定背压后,3种液体液膜厚度呈小幅波动;旋流强度随背压变化无明显规律性;液膜自激励不稳定性随背压增加而降低;因水的表面张力较大,各雾化参数较为稳定;液膜形态与韦伯数呈明显规律性,背压越小韦伯数越大,液膜形态也更趋近于完美圆锥形;以正十二烷为工质时,其液膜形态在大背压下明显收缩,呈洋葱形,其余工质的液膜形态随背压增加,均逐渐从空心圆锥转变为郁金香形。     

空气雾化喷嘴的设计与实验研究

为提高喷嘴雾化效率,基于维多辛斯曲线理论对喷嘴出口结构进行优化,研制出一种新型渐缩式空气雾化喷嘴,并搭建了喷雾实验平台进行实验。利用图像处理技术对实验数据进行分析,提取不同结构喷嘴的喷雾粒径和雾化锥角分布,通过对比仿真和试验结果分析喷嘴气液夹角对雾化效果的影响。研究表明:喷嘴喷雾实验和仿真结果较吻合,相对误差在6.5%以内;喷嘴气液夹角α=20°时,雾化锥角最大,液滴索特尔平均直径最小,雾化效果最好。     

压力式螺旋型喷嘴二次雾化特性的试验研究

空气与液滴之间良好的接触是增湿室增湿换热的关键技术,因此有必要对喷嘴进行雾化特性试验研究。该研究选用工程上常用的压力式螺旋型喷嘴TF6进行雾化特性试验,TF6喷嘴雾化特性的研究包括喷嘴背压对雾化液滴尺寸的影响,分析距离TF6喷嘴下方不同位置各种液滴直径、比表面积、分布跨度值的变化。研究发现,雾化液滴的直径随喷雾压力的增大而减小,但喷雾压力有其临界范围。通过对距离喷嘴下方不同位置雾化特性的分析得到二次雾化的发生位置,该位置更有利于空气与液滴的热质交换。在二次雾化区内,利用最小二乘法拟合出喷嘴雾化液滴的经验关联式,整理成韦伯数和雷诺数的函数关系,可用来预测喷嘴出口粒子的直径。     

掺混燃油在离心喷嘴内的流动与雾化特性研究

燃料性质的改变会导致雾化特性的变化,针对乙醇掺混航空煤油在离心式压力雾化喷嘴内的流动与雾化特性开展了研究。通过耦合流体体积法(VOF)和离散相模型(DPM),研究了不同乙醇掺混体积分数下掺混燃油在离心式喷嘴中的内部流动和外部雾化过程。研究结果表明：在压差不变时,喷嘴内空气芯直径随着掺混燃油内乙醇体积分数的增加而增大;而液膜厚度则与空气芯直径成反比,随着乙醇体积分数的增加而减小。喷嘴出口的速度随着乙醇体积分数的增加而增大;在油膜表面的波动及气动力的共同作用下,油膜失稳形成液滴,获得了不同比例下掺混燃油在喷雾外流场内的喷雾粒径分布特征,随着掺混乙醇体积分数的增加,液滴的平均直径逐渐减小。     

旋_直复合流化下循环流化床脱硫塔内的气液分布特性研究

应用激光相位多普勒颗粒分析仪(PDA)和双回路抽气式热电偶测试了旋/直复合流化方式下烟气循环流化床脱硫塔内的液滴和气相温度的分布规律.结果表明,在整个干燥过程中液滴的分布基本呈中心区域高边壁区域低的趋势;与常规直流流化方式相比,当相对高度H/D>2时,旋流的存在从整体上提高了塔内各点的液滴干燥速度,而且旋流量越大,干燥速度越快;在喷嘴雾化区域内,烟气温度分布呈中间低边壁高的趋势,当相对高度H/D<2时,旋流的存在加剧了这种趋势,但有无旋流对液滴完全干燥后的气相温度及分布影响不大;综合来看,旋/直复合流化方式能够有效减轻粘壁现象.     

旋流喷射液滴粒径与速度数量密度分布

建立了圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数;在此基础上,对压力旋流燃油喷射破碎液滴粒径和速度的数量密度分布特性以及碰撞和蒸发对破碎液滴粒径数量密度分布的影响进行了研究.结果表明:从液滴粒径数量密度分布角度看,存在一旋转强度,小于该旋转强度时,旋转不利于射流破碎雾化,只有超过该旋转强度后,旋转才会促进射流破碎雾化,轴向速度增大有利于射流破碎雾化;从液滴速度数量密度分布角度看,旋转总是有利于射流破碎与雾化,轴向速度增大对促进射流破碎雾化作用不明显;碰撞强度增加,破碎液滴粒径数量密度分布向粒径增大方向移动,粒径数量密度分布范围增大,粒径数量密度分布峰值变化不大;蒸发强度增大或蒸发持续时间增长,破碎液滴粒径数量密度分布向粒径减小方向移动,粒径数量密度分布范围增大,粒径数量密度分布峰值变化不大.