細霧噴嘴射流特性的管理論文

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細霧噴嘴射流特性的管理論文

　　摘要：首先對噴嘴外部射流的特性進行了理論分析，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。然后通過實驗得到了TF6噴嘴的霧化粒子各平均直徑隨壓力變化的規(guī)律。

細霧噴嘴射流特性的管理論文

　　關鍵詞：細霧噴嘴射流特性速度分布粒子分布特性

　　0.引言

　　壓力式細密霧化噴嘴是一種使液體霧化的重要裝置，在很多領域都有廣泛的應用。它不僅被廣泛地應用于抑制火災的蔓延、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、除塵控制以及殺蟲劑的噴灑等方面也有著廣泛的應用。與一般的霧化噴嘴相比，壓力式細霧噴嘴能提供細密的水霧，具有獨特的優(yōu)點。近幾年許多學者對噴嘴的射流特性及霧滴粒子分布等情況進行了相關的研究。其中，文[1]對高壓細水霧滅火噴嘴的射流特性進行了理論分析，對索太爾平均直徑隨壓力的變化關系進行了相關的研究。文[2]主要對氣液兩相壓力對霧化粒子尺寸的影響進行了實驗研究，同時對單相噴嘴霧化的效果也進行了一定的研究。文[3]對氣動旋流霧化原油噴嘴的索太爾平均直徑隨壓力的變化關系進行了相關研究。文[4]對雙路離心式噴嘴的索太爾平均直徑隨壓力的變化關系進行了研究。這些研究多數(shù)是針對氣動噴嘴的霧化效果展開的，而有關以霧化水為主要目的的直接壓力式細霧噴嘴的霧化特性的研究還比較少。因此，對壓力式細霧噴嘴的射流特性進行理論分析，對它的霧滴分布情況進行實驗研究，不僅具有重要的理論意義，而且具有較強的現(xiàn)實意義。

　　1.射流特性分析

　　水從噴嘴噴出后其流動的外部結構是典型的圓形紊動射流。其流動的外部結構如圖1所示。其中，未受到外界空氣卷吸影響而保持原來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渡段，過渡段較短，在分析中為簡化起見將這一段忽略。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主體段。

　　圓形射流雖然沒有固體壁面，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(見圖1)。射流的速度用來表示，其中和分別表示軸向和徑向流速。由于在自由紊流射流中，周圍流體中的壓強為常量，即壓強梯度。因此，在圓柱坐標下的圓形紊動射流的微分方程及連續(xù)性方程分別為：

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

　　其中為射流中心最大速度，且射流的總動量為式中，為水的密度；為水的運動粘滯系數(shù)；為無量綱變量，；為無量綱數(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中的橫坐標及縱坐標均是無量綱量，說明在射流的主體段內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

　　為了定量評價噴嘴在不同壓力時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)作為評價的指標。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數(shù)來表示，它是指小于某個直徑的所有液滴的體積占全部液滴體積的百分數(shù)，如D0.1，D0.5，D0.9分別表示體積百分數(shù)（即粒子分布概率）為10％，50％，90％時所對應的粒子直徑。

　　由于實際液霧中顆粒的尺寸不一會給分析問題帶來許多不便，因此經(jīng)常要用到平均直徑的概念，即設想存在一個液滴尺寸均勻的液霧，它在某方面的特性可以代表實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，因而霧化質量就越好。因此，D32也從某一個側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等平均直徑來分析不同壓力下霧滴直徑的分布規(guī)律。

　　本文將對TF6噴嘴的各種霧滴直徑隨壓力變化的規(guī)律著重進行研究。因為該種噴嘴不但具有細密的霧化效果，而且可選擇的噴霧角范圍較寬，在工程中被廣泛地應用，因此對該種噴嘴進行研究，對工程實踐具有很強的指導意義。TF6噴嘴的結構如圖3所示。

　　實驗裝置如圖4所示。噴霧的壓力通過調節(jié)兩個閥門的開度來控制，壓力值由0.4級的標準壓力表測量；粒徑的分布采用馬爾文粒度分析儀來測量。根據(jù)實驗的結果，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，對某一特定的噴嘴而言，當壓力達到一定的限度后，單純靠提高壓力已不能達到減小霧化顆粒直徑的目的。

　　3.結論

　　3.1通過對噴嘴射流特性的理論分析可知，在射流的主體段內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，當壓力增大到一定的程度后，壓力的影響已不明顯。

　　參考文獻

　　1.范明豪，周華，楊華勇.高壓細水霧滅火噴嘴的霧化特性研究.機械工程學報.2002.38（9）：17-21

　　2.陳斌，郭烈錦，張西民等.噴嘴霧化特性實驗研究.工程熱物理學報.2001，22（2）：237-240

　　3.仇性啟，王宗明，王麗娟等.氣動旋流霧化原油噴嘴霧化特性的實驗研究.石油機械，2001，29（2）：5-7

　　4.張征，樊未軍，楊茂林.雙路離心式噴嘴霧化特性研究.工程熱物理學報，2003，24（1）：153-156

　　5.章梓雄，董曾南.粘性流體力學.北京：清華大學出版社，1998.6：337~339

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