压力旋流喷嘴内流场特性模拟研究

针对通过试验研究压力旋流喷嘴获取其雾化特性成本较高、耗时长、理论计算难以实现的问题,对压力旋流喷嘴内部流动机理及雾化特性进行了Fluent数字模拟研究。采用了一种基于有限容积VOF方法对压力旋流喷嘴内部流场进行了数值模拟;捕捉了压力旋流喷嘴出口处气-液两相界面,描述了压力旋流喷嘴出口的液膜厚度,阐述了压力旋流喷嘴各截面压力场、密度场和速度场等变化规律,预测了压力旋流喷嘴雾化锥角。模拟研究结果表明:压力旋流喷嘴中心会产生空气芯,压力旋流喷嘴雾化锥角及液膜厚度等雾化特征可通过剖析压力旋流喷嘴出口处空气芯直径和出口处速度获得;将模拟计算的喷嘴雾化锥角与试验值进行了对比,两者基本吻合,说明Fluent数值模拟可作为喷嘴设计工具。     

气旋耦合喷嘴喷雾特性研究

:对一种气旋耦合喷嘴喷雾特性进行了试验研究,分析总结了气液比及液相压力对其喷雾特性 的影响规律。试验中使用水为工质,利用工业相机对其液雾进行拍摄并利用 ＭＡＴＬＡＢ进行图像处理,获得 喷雾锥角,利用相位多普勒粒子分析仪（ＰＤＰＡ）对雾化粒径进行测量。研究表明,在液相压力一定时,随着 气液比增加,平行于预膜片方向喷雾锥角几乎不受影响,垂直于预膜片方向喷雾锥角先增大后略有减小;增 加液相压力,平行于预膜片方向喷雾锥角增大,垂直于预膜片方向喷雾锥角最大值和其对应的气液比减小; 气旋耦合喷嘴雾化粒径沿径向分布规律为中间雾化粒径较小向两侧逐渐增大;雾化粒径在液相压力较低时 受气液比影响大,随着液相压力增加受气液比影响减小。     

压力条件对旋流槽数不同的离心式喷嘴液膜破碎及雾化的影响研究

利用粒子动态分析仪和高速摄影系统,研究不同注压下的锥形液膜流动、破碎及雾化特性,分析不同注压下液膜流动速度对液膜破碎的作用以及喷雾质量参数的变化规律,并结合相应试验数据求解了锥形液膜的色散方程,验证了注压对液膜破碎的影响.结果表明,随着注入压力增大,喷嘴流量增大,喷嘴液膜破碎长度下降,喷雾锥角先增加后趋于稳定,雾场SMD(索特尔平均直径)减小,雾滴流动速度增大,液膜切向速度对锥形液膜的作用效果显著;旋流槽数的增加使液膜速度增加,喷雾锥角减小,雾滴流速增大,雾场浓度增加且均匀性更好;通过求解色散方程得到了液膜表面波增长率,从理论的角度说明旋流槽数的增加使液膜表面波增长率增加,导致锥形液膜破碎长度减小.     

4种脱硫喷嘴雾化特性对比试验

对目前湿法烟气脱硫系统中常用的4种机械式雾化喷嘴进行了雾化试验,采用高速数码摄影法对4种喷嘴在不同压力下的喷雾状况进行测试,并用ImageJ软件处理,得到各喷嘴在不同工况下的粒径、粒径分布和雾化角等特性。研究结果表明:4种喷嘴雾化粒径随液压的增大呈减小趋势,其中螺旋喷嘴雾化粒径最小,扇形喷嘴雾化粒径最大;螺旋喷嘴、空心锥喷嘴和扇形喷嘴的雾化角随液压增大变化不大,较为稳定,实心锥喷嘴雾化角随液压增大而增大,螺旋喷嘴与扇形喷嘴的雾化角较大,空心锥喷嘴的雾化角最小;各喷嘴在小于0.2MPa的液压下粒径分布不均匀,当达到0.2MPa后粒径分布较为均匀。综合结构特点和雾化特性,螺旋喷嘴较适用于火电厂湿法烟气脱硫系统。     

基于微量润滑磨削的双喷口喷嘴雾化仿真分析

为了减小磨削时砂轮表面气障层的影响,提高磨削液润滑和冷却的效果,设计了一种双喷口结构的喷嘴。分析了微量润滑雾化机理,采用二级雾化理论建立了雾化数学模型,对双喷口喷嘴的雾化过程进行了仿真分析,并对仿真结果进行了验证。研究结果表明：双喷口喷嘴能有效减小雾滴直径,提高磨削液的雾化效果;辅助喷口雾滴可以扰乱砂轮表面的空气环流,减小气障层对主喷口雾滴流向的影响,促使主喷口喷出的雾滴能顺利进入磨削区。     

基于LES的离心喷嘴雾化仿真研究

为了探究离心喷嘴初始雾化液膜破碎机理,基于流体体积法和大涡模拟法对某型离心喷嘴进行数值试验,试验结果表明雾化锥角、液滴粒径和试验结果相吻合,且误差带为±10%,另外液膜和液丝破碎过程受到切向表面波和轴向表面波影响,而Rayleigh不稳定和Kelvin–Helmholtz不稳定分别决定了切向表面波和轴向表面波的发展状态。     

高压水除鳞喷嘴结构参数对喷嘴射流性能的影响

为了进一步研究高压水除鳞喷嘴的射流性能,优化喷嘴的结构参数,选取出口扩张角、锥孔深度、入口收缩角作为参考因素,以喷射角和射流流量作为评价指标,对喷嘴各参考因素对射流性能的影响进行了仿真分析。结合正交试验的方法,对喷嘴各结构参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序进行分析,获得最优的参数组合并对其进行了实验验证。结果表明：出口扩张角的增大会使喷射角减小但会使射流流量增加,锥孔深度的增加可以较为全面地提升喷嘴的射流性能,收缩角的增大会使得喷嘴的射流性能减弱,喷嘴的除鳞效果变差;3个参考因素中锥孔深度是对射流性能影响最大的因素;当出口扩张角为80°、锥孔深度为8 mm、入口收缩角为65°时喷嘴的射流性能最优。通过将参数优化后的喷嘴的实验结果与原始喷嘴的实验结果对比发现,优化后喷嘴的喷射角由原始值35.7°提升至44.1°,射流流量的大小由原始值10.17 L/min提升至28.3 L/min。     

自激振荡脉冲射流雾化的机理分析

建立了自激振荡雾化喷嘴的物理模型以及数学模型,通过Fluent软件对自激振荡腔室内部流场进行模拟,分析了自激振荡射流扰动波频率与喷嘴固有频率之间的关系、振荡腔室脉冲发生原因,以及射流脉冲特性其对雾化的影响,解释了自激振荡脉冲射流的雾化机理,说明了自激振荡喷嘴能明显提高射流的雾化效果。数值模拟了不同腔长配比和不同出流扩张锥角.结果表明,在其它条件一定的情况下最佳腔长配比值为腔长与上喷嘴直径之比为2.4,最佳出流扩张锥角为(60~65)°。     

基于双电极荷电雾化的乙醇锥-射流特性

为合理设计微型荷电喷雾燃烧器,开展液体乙醇雾化试验研究。基于毛细管电极-环形电极-网格双电极燃烧器,得到稳定的锥-射流雾化工作模式。采用光学可视化方法获得雾化形态,测量锥角及电压,并与单毛细管电极的雾化结果进行了对比,讨论环形电极对锥-射流雾化模式的影响。理论分析荷电雾化锥-射流模式产生的液锥面受力情况,在液锥垂直面上基于受力平衡建立力学模型,并根据双曲线模型,求解液锥的半锥角。研究表明:在电压达到一定值时,流体会形成具有固定锥角的锥-射流,该临界锥角远小于Taylor半锥角49.3°,更加接近理论计算值34.72°。在相同雾化模式下,双电极形成的锥-射流锥角小于单电极形成的锥角。采用双电极雾化装置,选择合适电压的环形电极,可以显著降低毛细管电压,促进稳定的锥-射流雾化的形成。     

自激振荡脉冲雾化喷嘴的空化特性研究

基于自激振荡脉冲喷嘴结构及其射流空化特性,建立了射流雾化过程中的液滴高密度区域和低密度区域破碎模型,分析了空化特性对自激振荡射流液滴破碎的影响,得到了影响自激振荡脉冲喷嘴空化特性的主要因素。研究结果表明:自激振荡脉冲射流呈周期性变化的空化特性使喷嘴出口形成超空化,出口处射流低密度区域形成一次雾化,而高密度区域则以液滴二次雾化形式破碎,增强喷嘴空化强度有利于射流雾化;自激振荡脉冲射流系统频率、喷嘴出口锥角以及射流进口压力都影响喷嘴的空化效果。     

离心式喷嘴雾化效果的优化研究

本文通过数值模拟与实验相结合的方法,对切向槽式离心喷嘴的雾化特性(雾化颗粒尺寸和雾化锥角)进行了研究,按照喷口孔径和切向槽槽宽两个几何参数一共设计了9种喷嘴。综合以上两个几何参数对实际运用的影响作用判断,选择一个最优参数的喷嘴。     

喷水减温阀离心喷嘴雾化性能的优化研究

为了探索喷水减温阀喷嘴结构参数变化对其雾化效果的影响,优化喷嘴结构参数,根据Fluent软件VOF模块对喷水减温调节阀的离心喷嘴进行气-液两相仿真分析。以喷嘴出口直径、旋流槽倾斜角、旋流室收缩角作为优化因素,以雾化锥角、流量系数作为雾化性能的评价指标,进行正交实验设计。基于响应面法建立雾化锥角和流量系数的代理模型,再运用粒子群优化算法对代理模型进行寻优,得到一个最优结构参数。结果表明:当出口直径为2.55 mm,旋流槽角度为40°,旋流室角度为110°时,雾化性能得到最优,雾化锥角比原模型增大17.7％,流量系数增大32.53％,为喷嘴的设计提供了一个新的方案。     

基于自激振荡脉冲效应的雾化喷嘴出口流道空化特性研究

喷嘴结构及射流运动参数对液体空化流动状态有重要影响。基于空化泡溃灭的雾化机理和自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化过程,分析空化效应对自激振荡脉冲射流雾化效果的影响。依据自激振荡脉冲雾化喷嘴结构,分析射流来流速度和脉动压力对喷嘴出口流道空化效应的影响,提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度,并根据自激振荡脉冲喷嘴有限元分析得到喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比。研究结果表明:当来流雷诺数在2.14×10~5~3.05×10~5内逐渐增大时,自激振荡脉冲雾化喷嘴出口流道液相体积分数先减小后增大,相应的空化程度先增大后减小。雷诺数在2.44×10~5~2.75×10~5内可以使喷嘴出口流道形成较好空化效应,尤其在2.44×10~5附近时喷嘴出口流道出现最好的空化状态;脉动特征值与喷嘴出口流道处脉动压力幅值差成正比,随着自激振荡脉冲雾化喷嘴腔室长径比增大,脉动压力幅值差值先减小后增大。当喷嘴腔室长径比为0.60~0.70时,喷嘴出口流道空化状态较好。计算结果为自激振荡脉冲射流雾化喷嘴设计提供了理论依据。     

关键结构参数对离心式雾化喷嘴雾化效果的影响研究

为提高某离心式喷嘴的雾化质量,对其内部结构进行改进优化,并采用数值模拟和试验相结合的方法详细探讨切向槽位置和倾斜角度对雾化效果的影响。结果表明:数值仿真可以较好地模拟喷嘴的雾化特性,其结果与试验吻合良好;位置和倾角的改变会影响雾化颗粒粒径和雾化锥角,其中雾化锥角受倾角的影响较为显著,随倾角的增大而减小;随着压力增大,雾化颗粒粒径会逐渐减小,雾化锥角逐渐增大并趋于稳定;9组不同工况下喷嘴雾化效果对比表明,在旋流室圆锥半径1/2或3/4处设置20°倾角的切向槽,雾化效果最佳。     

锥角比对双锥药型罩射流成型影响的数值模拟

为了研究双锥药型罩上下锥角比对射流成型质量的影响,通过数值模拟方法研究了不同锥角比双锥药型罩所形成射流的头部最大速度、动能、射流长度和有效射流长度。研究结果表明：锥角比越大,射流头部最大速度越低;上锥角较小时产生的射流动能随锥角比增加而降低,上锥角较大时产生的射流动能随锥角比增加而增加;射流长度和有效射流长度随锥角比的增加而降低。     

喷孔结构对双旋流气泡雾化喷嘴喷雾特性的影响

研究了喷孔形状对双旋流气泡雾化喷嘴雾化特性的影响规律,分析了圆形孔、椭圆形孔和正方形孔喷嘴对流量特性、索特尔平均直径、粒径分布和粒子速度的影响。结果表明,不同喷孔结构的喷嘴流量特性曲线呈现相同的趋势,随着气液质量流量比的增大,喷嘴出口单位面积下的喷雾流量逐渐减小;相同气液质量流量比下,正方形孔喷嘴流量最大。相同工况条件下,椭圆形孔和正方形孔对比圆形孔的喷嘴具有更加优良的雾化效果,其D32降幅分别为28.2%,35.8%,而正方形孔喷嘴的雾化粒径最小。正方形孔喷嘴的微分分布曲线向左移动,累积分布曲线变陡,说明大颗粒液滴减少,小颗粒液滴所占比例增大,液滴的雾化质量得到改善,正方形孔喷嘴小尺度粒径更多,粒径分布更集中。异形喷嘴的速度大于圆形孔喷嘴的速度;椭圆形孔喷嘴和正方形孔喷嘴的粒子速度分别增加了14.8%和24.4%。     

冰粒气射流喷丸喷头流场数值模拟

基于射流的湍动特性,应用FLUENT对冰粒气射流喷头内流进行数值模拟。分析了射流压力对内流连续相轴向速度和轴向动压强及射流压力和粒径对弹丸轴向速度的影响。结果表明,当射流压力增大时,气体喷嘴出口处和弹丸喷嘴出口处的轴向动压强也随着增大;当射流压力增大时,气体喷嘴出口处和弹丸喷嘴出口处的轴向速度也随着增大;粒子速度随着射流压力的增大呈现先增大后减小的趋势,随着粒径的增大呈现减小的趋势,但最大值均出现在磨料喷嘴出口处。     

气溶性射流喷嘴的结构设计及计算

设计了一种节水的气溶性射流喷嘴.该喷嘴分为进水管、进气管、混合室和Laval喷嘴四个部分.进水管在壁面上利用雾化原理加工针状小孔,使水以雾状存在于射流中,形成气溶性射流,大大的减少了用水量.根据射流清洗要求,利用雾化原理、流体力学及机械设计等相关原理,计算出喷嘴关键尺寸混合室直径、Laval喷嘴喉部直径、喷嘴出口直径分别为28mm、4mm、5.5mm.实验研究表明,证明了所设计喷嘴的射流打击能力,达到节水的目的;同时得到了该喷嘴的最佳工艺参数:在进水、进气压力分别为为0.3MPa、0.8MPa时,清洗射程达到7.2m,在喷口距测杆100mm时打击力为516.58N.     

内混式喷嘴雾化特性的试验与仿真研究

利用马尔文测雾仪对内混式喷嘴在不同工况下的雾化特性进行试验研究。根据试验结果,分析气压、水压以及气液比等因素对液滴粒径及均匀性的影响。利用Fluent软件对内混式喷嘴进行数值模拟,研究喷嘴混合段以及外流场的粒径变化。结果表明:随着气压、气液比的增加,喷嘴的雾化粒径减小,且气压为主要影响因素;内混式喷嘴内部粒径先增大后减小,在喷嘴出口处锐减,外流场中粒径沿轴向方向逐渐增大;将喷嘴出口处模拟粒径与实验结果对比,粒径大小及其变化趋势吻合较好。     

圆锥形喷嘴结构参数设计研究

为了获取圆锥形喷嘴结构参数与其工作性能的作用规律,建立了喷嘴内部流场的数值仿真模型.通过仿真研究获取了喷嘴结构参数与喷嘴内部射流特性的作用规律.仿真结果表明:喷嘴的收缩角α和长径比cp决定了喷嘴射流的最大出口速度和喷嘴出口射流速度在径向的变化幅值.随着α的增加,喷嘴射流的最大出口速度先增大后减小.当α较小时,喷嘴出口射流速度在径向基本保持不变.当α较大时,喷嘴出口射流速度在径向变化明显.随着cp的增加,喷嘴射流的最大出口速度先增大后减小.当cp较小时,喷嘴出口射流速度在径向变化明显.当cp较大时,喷嘴出口射流速度在径向基本保持不变.圆锥形喷嘴的最优结构参数为α=40°,cp=3.对不同α的喷嘴性能进行了实验测试,实验结果表明:当α =40°时,喷嘴产生的射流出口速度最大.