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精细雾化喷嘴设计思路与实验

作者:瀚博雾化 日期:2015-03-07 23:59 人气:

 

精细雾化喷嘴序言

    文章语言部分:

    雾化喷嘴在燃烧工程领域、化学工业以及航空航天领域中被大量的使用,而在化学工业应用中对喷嘴的需求最为频繁。比如常用的喷雾干燥器中就应用了空气雾化喷嘴、直射式喷嘴以及离心机械雾化喷嘴,其中以空气雾化喷嘴应用最为广泛。

    一直以来,不论是燃烧工程还是化学工业应用的雾化喷嘴大多数以大流量喷嘴为主,工作于粗的雾化粒度条件下。而对于最近正在研制的新型表面改性机械设备而言,却需要雾化牲度小于10微米并以精细状态喷出。

    无论是常裕公司还是国外企业,在精细空气雾化喷嘴的设计上,还是以经验、试验为主。理论上,运用超音速气流雾化是实现精细雾化喷嘴的理想方法,但迄今为止,这类喷嘴尚无一套科学的理论计算方法。下面我们采用内混式空气雾化喷嘴和三流路气一液一气临界空气雾化喷嘴进行精细雾化喷嘴的实验。内混式空气雾化喷嘴内流路为液路,外流路为音速雾化气路,三流路气一液一气临界空气雾化喷嘴中间流路为液路,内流路为一次亚音速气路,外流路为超音速二次雾化气路。


    精细雾化喷嘴实验装置与实验原理

    精细雾化喷嘴实验系统分为水路、气路、喷嘴实验枪体、液雾测试系统4部分。雾化的粒度分布用2200型马尔文激光粒度仪测定,对粒度分布采用R一尺分布,当采用尺一只分布时,计算机可以将原始数据拟台,直接给出分布方程中的X和N两个参数。实验系统在进行内混式空气雾化喷嘴实验时,只开外气路和液路在进行三流路临界空气雾化喷嘴实验时,内外气路及液路同时参与工作。


    精细雾化喷嘴实验过程

    内混式空气雾化喷嘴实验

    根据现有的资料分析,对空气雾化喷嘴而言,影响雾化细度的主要因素是气流速度。因此,本实验主要从气孔直径、气孔数目、气液比、气压4个方面进行实验分析。实验条件:喷嘴出口直径2.5mm,喷嘴液孔直径1.0mm,气液交角60度喷液量30kg/h。

 

编号
影响因素
结果分析
1
气孔直径对雾化的影响 在喷嘴其它几何因素(气孔个数均为4)不变时,在相同的工况条件下,喷嘴雾化细度随气孔直径的增大而减小。在气液比为0.4,气压为0.5MPa时,其雾化细度均已在10微米以下,表明此时出口速度已达音速,混合腔压力也已逐渐达到并超过临界压力比。
2
气孔数目对雾化的影响 喷嘴雾化细度MMD随气孔个数的增多而藏小。当气孔数大干6时,雾化细度减小趋势变缓。当气孔数在4~6之间时,平均雾化细度MMD基本上在10微米以下,表明此时再增加混合腔内气流与液流接触面积,对雾化细度MMD已不再起主要作用,混台腔内压力已达临界值,MMD下降趋势变缓。
3
气压对雾化的影响 当气压由0.2MPa增至0.5MPa时,MMD由25微米下降至7微米左右;当气压值继续增加,超过0.5MPa后,曲线变平缓,此时再增加气体压力也不会使雾化进一步变细.表明此时喷嘴出已达音速,在这种状态下,高速气流的出口速度对雾化起决定性的像用,此时气液比的变化对MMD影响不大。
4
气液比对雾化的影响 MMD随气液比的增大而减小,当气液比增至0.4后,继续增大气液比.其雾化细度没有明显的变化,而且在相同气液比下,液压值的变化对雾化没有明显的影响,影响雾化质量的主要因素是气流速度。在一定气液比(Wa/Wf>O.3)下,雾化细度均能达到10微米下。根据实验,雾化细度MMD随液孔直径变化不大;在喷嘴达临界值后,MMD随液压几乎没有变化。

 

    小结

    1、内混式空气雾化喷嘴的雾化细度随气孔直径的增大而减小;随气孔个数的增多而减小,但气孔个数的增加有一适宜值,对不同喷嘴而言不同。本喷嘴舶气孔个数在4~6范围为宜。

    2、内混式空气雾化喷嘴的MMD随气液比、气压的增加而减小,但气液比、气压的增加有一极限值,此时混合腔压力选临界值.气流出口速度选音速,曲线变平缓,再增加气液比、气压值已无意义。


    三流路临界空气雾化喷嘴实验

    在液路、内气路、外气路分别设置旋流器,旋流器的旋角分别为35度、45度、55度,旋向分左旋和右旋两种。实验条件:喷嘴内气路喷口孔直径3mm,液路喷口直径5mm,喷液量50kg/h。

 

编号
影响因素
结果分析
1
内气路旋向、旋角几何因素对雾化的影响 在内、外气路共同工作时,内气路气流旋向对雾化细度的影响与液体旋角和外气路气流旋角有关。同样在液流小旋角(35度)时,外路气流旋角大(55度),内路气流逆旋的雾化效果好;外路气流旋角小(35度),内气流逆旋的雾化效果比顺旋的效果好。同样在液流大旋角(55度)的情况下,内路气流旋向对雾化细度的影响基本上不受外路气流旋角的限制,即无论外路旋角大小如何,内气路逆旋的雾化效果比顺旋的要好。
2
外气路旋向、旋角对雾化的影响 在内、外气路流量比较小时,外气流旋向、旋角对雾化的影响比较明显。外气路旋角大(55度)的情况比旋角小时(35度)雾化效果好;外气流与水路同旋向时雾化性能比反旋向时要好。从实验结果中发现,液路旋流器大旋角(55度)时比小旋角(35度)时雾化效果要好一些。在不同的液路旋角下,MMD曲线变化不多,随气液比增大,四条曲线几乎重台,说明旋角大小,对最终雾化影响并不显著,与内、外空气流路旋角对雾化的影响相比居次要地位。对空气雾化喷嘴而言,提高喷嘴雾化性能的关键在子空气流路。
3
内、外气路共同工作时,内外气量分配对雾化的影响 内气路与外气路流量之比分为5种方式:4:0、3:1、2;2、l:3、0:4。喷嘴在外气路加空气旋流器的情况下,只要在有内气路工作时候,内气流量越大,雾化效果越好,极限攮提-g只开内气路,雾化救果最佳。而气路分配的空气流量越多,雾化质量越恶化。实验中发现,在无内气路工作,只开外气路时,雾化还是有相当韵质量。这实际上袭明.内气路经常起着雾化的承担者,而外气路反而显得多余,只起到扩大液雾锥角的作用。实验中还发现.在外气路不装空气旋流器的情况下,虽然外气路的雾化作用仍然次于内气路,但雾化质量却好得多。此时,由于气流不旋转流动,措超音通道射出,呈倒锥状与一次雾化粗液雾相交,由于这种空间相交方式较直接,相对于内外气路匹配关系不好的外路加旋的喷嘴形式来说.外气路对次初液雾的雾化作用要大,因此雾化效果比较理想。实际上,外气锥能否与内气雾化形成的初始液雾有救地匹配便成为雾化的关键。从实验中可知,对本喷嘴而言,在调节内外气路气量及气液比,在一定的液压及气压条件下,能使雾化细度小于10微米,完全能满足精细雾化的要求。

 

    小结

    1、三流路临界空气雾化喷嘴在内外气路共同工作时,由于受多种因素时影响,其雾化规律较复杂,并不存在某种单一的变化规律。但在内气路单独工作时,其MMD随气流速度增大而减小.但气流速度达一定程度时,雾化细度曲线变化趋于平缓,此时内气流量和速度是影响雾化的主要因素。

    2、三流路临界空气雾化喷嘴在外气路单独工作时,气路与液路旋向相反,雾化效果好;液体旋角在一定范围内对雾化细度影响不明显。


    精细雾化喷嘴实验结论

    内混式空气雾化喷嘴与三流路临界空气雾化喷嘴在一定的几何结构及调节工况参数条件下都能获得精细雾化的效果,平均雾化细度均能在10微米以下.完全能满足精细雾化技术的要求。


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