大型喷雾粒径分布的图像法测量

雾化技术在能源、化工等领域应用广泛,研究雾化机理和优化雾化喷嘴性能的前提是对其雾化液滴尺寸及粒度分布进行准确有效的测量和表征。目前常用的雾化液滴粒度测量技术,如基于光散射或衍射原理的激光粒度仪和相位多普勒分析仪等,能够较准确地测量粒径分布比较窄、最大粒度在2000μm以下的喷雾,但对含特大颗粒且粒径分布很宽的喷雾,往往难以得到可靠结果甚至不可能进行测量。本文提出了用图像法测量这类大流量喷雾,构建了图像法测量系统,编写了图像处理程序,经标定实验后,采用该系统对某喷嘴喷雾液滴粒径分布及规律进行了测量研究。研究结果表明图像法可用于大型喷雾液滴粒度及分布的测量。     

喷嘴雾化参数轨迹图像法测量实验研究

针对喷嘴雾化多参数同步测量问题,提出了基于图像处理的喷嘴雾化角、雾化细度、液滴运动速度及分布参数测量方法,利用背光阴影成像技术搭建了喷嘴雾化参数测量系统,建立了基于轨迹图像法原理的喷嘴雾化参数图像处理流程与算法,利用标准颗粒测量验证了该方法对颗粒粒径测量的精度,并开展了不同孔径与压力下扇形喷嘴雾化参数同步测量实验研究。结果表明:当雾化压力不变,扇形喷嘴孔径从0.66 mm变为1.10 mm时,雾化细度与液滴平均运动速度分别增加26.82%、10.42%,而雾化角随扇形喷嘴孔径增大而减小16.66%;当扇形喷嘴孔径不变,雾化压力从0.1 MPa增加到0.4 MPa时,雾化角与液滴平均运动速度分别增加47.71%、95.10%,而雾化细度随雾化压力增加而减小44.23%。这为雾化液滴特性研究与喷嘴性能评估提供了有效手段。     

空气助力改善气化炉激冷室喷嘴特性的实验研究

设计了4种不同结构的用于气化炉激冷室内喷雾激冷的压力雾化喷嘴,采用马尔文激光粒度分析仪和数码单反照相机分别测量了不同压差、不同水流量等工况参数下的液滴粒径(SMD)D32分布和雾化角变化规律,并对4种喷嘴进行了优化选型。研究结果表明:雾滴粒径随压力的增加而减小,随水流量的减小而减小,空气助力可以明显改善液滴的雾化质量;雾化角随压差的增大先增大后趋于平缓;当压差增大到0.4 MPa时,雾滴粒径、雾化角等参数的变化渐趋平缓。通过比较气化炉激冷室中4种压力式雾化喷嘴的测量结果,1-2号内混式空气雾化喷嘴在4组喷嘴中具有最好的雾化效果,当气压为0.8 MPa,水流量为20 L/h时,SMD极小值为16,因此优选出喷嘴1-2作为气化炉激冷室冷模实验的定型喷嘴。     

空气雾化喷嘴的液滴雾化性能实验研究

采用LSA-Ⅲ型激光粒度仪对一种常用的小流量空气雾化喷嘴的液滴雾化性能进行实验研究。实验主要测定了不同气液比、气相压力和液相压力情况下沿喷雾轴向不同位置处的液滴粒径分布。测定结果表明气液比和气相压力对雾化液滴粒径影响均较大,其中气相压力影响最大,气液比其次,液相压力影响最小。在本实验测定条件下,经过喷嘴雾化后在轴向100、200、300、400和500 mm位置处液滴的表面积平均直径（SMD）和体积平均直径（D43）出现波动性变化。通过对实验测得液滴粒径分布数据的分析,可以得到Rosin-Rammler分布函数中的特征参数和n,为定量计算液滴粒径提供理论基础。     

压力雾化喷嘴在受限空间气流中喷雾特性的实验研究

对出口直径为0.21、0.28、0.38、0.46mm的4种压力雾化喷嘴及其组合在150mm×150mm×1 000mm的矩形通道中的喷雾流场进行了实验研究,矩形通道中的空气流速为10m/s。研究了喷嘴布置和组合方式对雾化流场的影响。实验结果表明:喷雾不碰壁距离随入射角的增大而增大;顺流喷雾比无气流时液滴的平均D32减小10%,粒径范围略有扩大;逆流喷雾比无气流时液滴的平均D32增大约70μm,粒径范围扩大了3⁴倍;出口直径小的喷嘴可通过逆流布置和顺流布置的组合,获得液滴粒径分布范围更宽的气液两相流场。双喷嘴在有限空间内的雾化效果与流场中气液流量比有关。所得研究结论对天然气加湿技术的开发有一定参考价值。     

新型扇形雾化喷嘴的实验研究

在对Y型喷嘴结构和雾化机理研究分析的基础上,设计了一种新型的扇形雾化喷嘴,并对该喷嘴进行了实验研究. 实验测量了不同气、液压力下扇形雾化喷嘴的流量、雾化角和索特尔平均粒径及其在空间上的横向和纵向分布. 通过对液流量用Y型喷嘴设计公式进行拟合,得到了公式中适合扇形雾化喷嘴设计的系数取值：m=0.39, b=0.98. 喷雾雾化角a大约在90o~98o之间,变化不大. 喷雾的索特尔平均粒径在空间横向呈类似"W"的分布,在空间纵向呈逐渐降低并趋于稳定的分布.     

双通道气流式喷嘴雾化特性实验研究

以清水和空气为实验介质,对同轴双通道气流式喷嘴雾化特性进行了实验研究,分析了喷淋量对雾化角及径向流通量分布的影响,分别考察了气速和喷嘴轴向位置对液滴索特平均直径(SMD)的影响。研究结果表明,喷嘴径向流通量分布随着雾化气量的升高而趋于集中,当气体流量高于1500 L/min时,雾化角随着气量升高而降低;喷口处气速与喷嘴轴向位置均是影响液滴SMD与粒径分布的重要因素,液滴SMD随着气速增大逐渐减小,当气速超过150 m/s时其下降趋势变缓,粒径分布均匀度显著提高;随着喷嘴轴向距离增大液滴SMD逐渐减小,当距离大于300 mm时其变化不再显著,但粒径分布均匀度显著提高。     

螺旋喷嘴液滴分布特性的实验研究

以水为喷淋介质,研究了螺旋喷嘴的喷淋量与喷淋压力的关系,考察了雾化液滴的粒径分布特性。实验结果表明,随着喷淋压力的增大,喷淋量相应增大,并逐渐趋于平缓;螺旋喷嘴喷雾区喷淋量沿径向形成多个峰,随工作压力增大各峰沿径向外移,处在峰面上液滴的索特直径较峰面间的大;液滴平均粒径随压力升高而趋于均匀,且大喷嘴雾化形成的粒径比小喷嘴的略大。研究结果可为螺旋喷嘴的实际应用提供参考。     

NG喷射硝化过程中雾化特性模拟试验研究

为研究硝化甘油喷雾法中喷雾压力、甘油流量等工艺参数对硝化效果的影响,使用相位多普勒技术(PDA)检测了不同工艺参数下喷雾颗粒的粒径及速度分布,并通过高速摄影对雾化效果进行了验证。结果表明,喷雾压力为0.12MPa时液滴粒径分布最稳定,甘油流量为5kg/h时液滴粒径最小可达20μm;喷雾液滴粒径随轴向距离的增加总体呈递减趋势,而随着喷雾径向距离的增加而增大;喷雾径向速度服从高斯分布。高速摄像仪(CCD)验证结果表明,喷雾压力0.12MPa时,甘油流量5和6kg/h时,喷雾效果较好。     

内混式扇形喷嘴雾化特性及液滴直径拟合的研究

对一种新型的内混式空气雾化喷嘴进行了测量和研究,其目的是探索新型内混式喷嘴在添加空气助力下增强混合改善雾化质量的应用性能。试验采用4组不同几何结构参数的内混式空气雾化扇形喷嘴,通过马尔文激光粒度分析仪测量不同气压、不同水流量等工况参数下雾化液滴索特平均直径(SMD)D32和雾化角等雾化性能参数,对试验结果作对比分析,并拟合了喷嘴液滴直径的准则关系式。分析试验结果,得出空气助力可以明显改善液滴雾化质量的结论。     

团聚液雾化气泡粒径分布特性的可视化研究

泡沫团聚法是有效脱除细颗粒物PM_2.5的方法。本文对团聚液的雾化粒径进行了研究,筛选出适于团聚PM_2.5的气泡粒径的溶液及喷雾条件。文中首先对气泡粒径与团聚颗粒物的能力进行估算,进而通过CCD拍摄精细雾化喷嘴喷出的团聚液泡沫的流动过程,利用MATLAB处理图片,得出雾化气泡粒径和密度大小。实验结果表明,发泡剂会使团聚液的雾化液滴形成气泡,增大雾化颗粒直径;PAM团聚液形成的气泡粒径偏小,且雾化颗粒密度大,粒径主要分布在小于200μm范围;XTG团聚液气泡粒径偏大,CMC团聚液气泡粒径介于两者之间;0.2% CMC团聚液气泡粒径均匀,颗粒数量大;在距喷口轴向20cm处,气泡破碎和聚合趋于稳定;喷口直径0.5mm时,气泡雾化粒径大多分布在100~300μm粒径范围内,符合团聚脱除PM_2.5的气泡条件;随着温度的升高,直径在0~300μm内的气泡颗粒数量增大明显。     

Multiscale modeling for nanoscale surface composition of spray-dried powders: The effect of initial droplet size

The surface composition of spray-dried powders is influenced by spray drying conditions in a complex manner. Among them, precise control of the size of atomized droplets is most challenging and the droplet size affects the surface composition of dried powders. A multiscale approach that couples molecular-level packing interpretation with a continuum diffusion model was introduced recently to predict surface compositions of spray-dried monodisperse powders. In this work, the method is extended to take the droplet size distribution into account. Detailed sample calculations for the lactose–protein systems have demonstrated that not only the average size, but also the standard deviation of the size distribution of atomized droplets affect predictions significantly when the precursor solution contains a small amount of protein. Model predictions of the effects of droplet size on surface coverage of protein have been validated using published experimental data. Moreover, model-based analysis provides important insights into our understanding of the X-ray photoelectron spectroscopy measurement data on surface chemical composition.     

Influence of Atomizing Parameters on Droplet Properties in a Pulse Combustion Spray Dryer

A pulse combustor employed in a spray-drying system offers a new approach for liquid atomization that yields high-quality powders at low cost. Using a pulse combustion atomizer, there is no need for any form of nozzle dispersion and its atomization mechanism differs from those of conventional atomizers, such as rotary atomizers and pressure and pneumatic nozzles. In this work, based on the analysis of atomization mechanism, experiments of unsteady pulsating atomization were carried out in an experimental system of a Helmholtz-type pulse combustor. An optical analyzer was used for measuring the mean diameter of atomized droplet and droplet distribution. The effects of liquid feed rate, air flow oscillatory frequency, and liquid viscosity on atomized droplet size and size distribution were investigated and analyzed. The results indicate that the uniform droplet size distribution can be obtained under the conditions of a low feed rate, high-frequency pulsating flow, and moderate viscosity. The range of the droplets' Sauter mean diameter (SMD) is between 50 and 80 µm. The pulsating air flow from the pulse combustor can be used to atomize liquid or slurry without a nozzle and the atomizing quality can meet the requirements of spray drying.     

Influence of Atomizing Parameters on Droplet Properties in a Pulse Combustion Spray Dryer

A pulse combustor employed in a spray-drying system offers a new approach for liquid atomization that yields high-quality powders at low cost. Using a pulse combustion atomizer, there is no need for any form of nozzle dispersion and its atomization mechanism differs from those of conventional atomizers, such as rotary atomizers and pressure and pneumatic nozzles. In this work, based on the analysis of atomization mechanism, experiments of unsteady pulsating atomization were carried out in an experimental system of a Helmholtz-type pulse combustor. An optical analyzer was used for measuring the mean diameter of atomized droplet and droplet distribution. The effects of liquid feed rate, air flow oscillatory frequency, and liquid viscosity on atomized droplet size and size distribution were investigated and analyzed. The results indicate that the uniform droplet size distribution can be obtained under the conditions of a low feed rate, high-frequency pulsating flow, and moderate viscosity. The range of the droplets' Sauter mean diameter (SMD) is between 50 and 80 µm. The pulsating air flow from the pulse combustor can be used to atomize liquid or slurry without a nozzle and the atomizing quality can meet the requirements of spray drying.     

湿法脱硫旋流喷嘴雾化粒径空间分布规律

应用于湿法脱硫的旋流喷嘴孔径较大,其雾化粒径在空间上存在一定分布规律,不同于其他领域。这个规律的存在直接影响该类喷嘴本体设计和脱硫塔雾化系统设计。试验利用马尔文激光粒径分析仪,对旋流喷嘴雾化粒径空间分布规律进行了系统研究,为便于分析定义了平均粒径、粒径相对离差和单流量粒径分布平均范围。试验结果表明,大孔径旋流喷嘴的雾化粒径和雾化粒径分布随流量和流出位置的不同均呈现一定的变化规律;各流量下,在与来流夹角90°处,粒径相对离差最大,Sauter平均粒径波动较大,粒径分布范围和粒径分布平均范围均最小,这说明该处分散度小,雾化均匀性好;平均粒径与压力呈幂函数关系;单流量粒径分布平均范围与压力呈线性关系。     

采用高压静电雾化法制备W/O乳化液的实验研究

采用静电雾化方法进行了W/O玉米油乳化液制备的实验研究,在雾化流量2.8~15 mL/min、电极施加电压5.2~11 kV的条件下,用Winner99颗粒图像测试仪测试了所制乳化液的离散相滴径,分析了施加电压及雾化流量对平均滴径及滴径分布的影响. 结果表明,静电雾化法可制备离散相滴径比搅拌法更均匀的乳化液,离散液滴平均滴径约为28 mm且绝大多数液滴直径为20~40 mm,其稳定性明显优于搅拌法所制乳化液. 乳化液离散相滴径与施加电压及雾化流量密切相关,电压增大、雾化电流增大,乳化液离散相滴径急剧减小,滴径分布变窄. 流量增大,单位时间内液滴携带及输运的电量增大,故雾化电流增大;但液滴荷积比随流量增大而减小,故滴径变大,滴径分布变宽. 高电压、低流量有助于获得稳定性更好的乳化液.     

湿法脱硫雾化喷嘴特性实验研究

利用FAM激光颗粒测量仪,以水为工质对撞击流燃煤烟气湿法脱硫装置中采用的旋涡压力喷嘴的雾化特性进行了实验研究,测量了不同压力下液体雾化粒子的平均粒径和粒径分布,讨论了压力对雾化特性的影响,得出了压力和喷片结构尺寸对雾化特性的影响规律。     

Solid-liquid separation in suspension atomization

The aim of this paper is to define the conditions controlling the fragmentation process within the atomization of a suspension. Correlations for the droplet diameter of a suspension spray generated by a twin-fluid nozzle have been derived. Two separate regimes in suspension atomization have been identified with respect to the solid particle size. The atomized droplets from suspensions containing relatively fine solid particles are suspension droplets (containing liquid and solid particles). In this case a correlation for the drop size distribution in the spray of a twin-fluid nozzle has been deduced. Droplet size measurements in the suspension spray with varying solid particle sizes showed that when the suspended solid particle size exceeds a critical value, solid particles and liquid will be more and more separated. This effect is indicated by a bimodal size distribution in the suspension spray. It is shown that complete solid-liquid separation in the suspension spray may be achieved, where the pure liquid drops are significantly smaller than the separated solid particles. The critical process conditions where the solid-liquid separation process is found will be derived. Depending on the operating conditions of the atomizer, the resulting pure liquid droplet size is equal or less than the hydraulic diameter.     

同轴四通道喷嘴气流式雾化特性影响因素研究

提出一种新型同轴四通道喷嘴——由内到外采用气-液-气-液设置,最外环液体可以将合成气和氧气隔离,大幅降低喷嘴出口温度,可望延长气化炉中喷嘴使用寿命。为研究喷嘴雾化效果的影响因素,以水和空气为介质,利用马尔文激光粒度分析仪对同轴四通道喷嘴的气流式雾化液滴索特平均直径进行实验研究。发现对雾化效果影响程度从大到小依次为通道三、通道四、通道二和通道一;增大通道二、四液量分配比可以降低雾化粒径;增大外环液膜厚度会增大雾化粒径;通道一、三气量分配比对雾化颗粒的影响是非单调性的,雾化粒径先增大后减小。基于实验结果进行数值分析,拟合获得了同轴四通道喷嘴雾化液滴粒径关系式。     

HAN基液体推进剂喷雾场液滴尺寸分布的简化模型

为了建立HAN基液体推进剂喷雾场液滴尺寸分布的简化模型,基于最大熵原理,在质量守恒与概率和为定值的约束条件下,用拉格朗日因子法则推导了液滴尺寸分布函数,将该函数应用于HAN基液体推进剂模拟工质喷雾场液滴尺寸的预估;采用相位多普勒粒子动态分析仪(PDA)测量了HAN基液体推进剂模拟工质在1.8~2.6MPa喷射压力下对撞式喷嘴雾化液滴尺寸分布;通过最小二乘法优化Nukiyama-Tanasawa分布函数式中的q值对数目微分分布进行了修正,拟合得到q值与喷射压力p之间的函数关系为q(p)=-0.344p2+1.525p+1.268。结果表明,计算得出的液滴尺寸数目微分分布与HAN基液体推进剂喷雾场实测数据变化趋势相符,表明建立的液滴尺寸分布模型是合理的。