噴嘴知識(shí)
噴嘴霧化技術(shù)進(jìn)展
更新時(shí)間 2025-05-09
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摘要：噴嘴的霧化技術(shù)具有很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，主要針對(duì)液態(tài)燃料的霧化，分別從其霧化機(jī)理、霧化方法、液霧的測(cè)試技術(shù)以及燃
油霧化的數(shù)值模擬技術(shù)等方面對(duì)霧化技術(shù)進(jìn)行了簡要的說明。
1 前言
霧化技術(shù)幾乎已經(jīng)涵蓋所有的工業(yè)領(lǐng)域，如交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及人民的日常生活，除了各種燃料（氣體、液體和固體燃料） 的燃燒外，霧化技術(shù)在非燃燒工
業(yè)如催化造粒、食品加工、粉末涂覆、農(nóng)藥噴灑方面等也有著廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)液態(tài)燃料的霧化技術(shù)進(jìn)行簡要的介紹。
2 液體的霧化機(jī)理學(xué)說所謂液體的霧化就是指在外加能量的作用下，液體在氣體環(huán)境中變成液霧或其它小霧滴的物理過程。對(duì)于其霧化機(jī)理，已經(jīng)有了多種解釋，如空氣動(dòng)力干擾說，壓力震蕩說，湍流擾動(dòng)說，空氣擾動(dòng)說，邊界條件突變說等，現(xiàn)簡要介紹如下1~3 。
2.1 空氣動(dòng)力干擾說
Castleman 最早提出了空氣動(dòng)力干擾說，他認(rèn)為，由于射流與周圍氣體間的氣動(dòng)干擾作用，使射流表面產(chǎn)生不穩(wěn)定波動(dòng)。隨速度增加，不穩(wěn)定波所作用的表面長度越來越短，直至微米（ m）量級(jí)，射流即散布成霧狀。
2.2 壓力振蕩說
壓力振蕩說是觀察到液體供給系統(tǒng)壓力振蕩對(duì)霧化過程有一定影響。由此根據(jù)一般噴射系統(tǒng)中普遍存在壓力振蕩，因此認(rèn)為它對(duì)霧化起重要作用。
2.3 湍流擾動(dòng)說
湍流擾動(dòng)說認(rèn)為射流霧化過程發(fā)生在噴嘴內(nèi)部，而流體本身的湍流度可能起著重要作用。也有人認(rèn)為作為湍流管流運(yùn)動(dòng)的噴嘴內(nèi)流體的徑向分速度會(huì)在噴嘴出口處立即引起擾動(dòng)，從而產(chǎn)生霧化。
2.4 空氣擾動(dòng)說
空氣擾動(dòng)說對(duì)湍流擾動(dòng)說持相反態(tài)度，認(rèn)為噴油系統(tǒng)內(nèi)穴蝕現(xiàn)象所產(chǎn)生的大振幅壓力擾動(dòng)是產(chǎn)生霧化的原因。
2.5 邊界條件突變說
邊界條件突變說認(rèn)為噴嘴出口處，液體的邊界條件（內(nèi)應(yīng)力）發(fā)生突變；或者是層流射流突出失去噴嘴壁面約束，使截面內(nèi)速度分布驟然改變而產(chǎn)生霧化。
上列五種噴嘴機(jī)理假說均有不足之處，甚至本身相互矛盾。大多數(shù)學(xué)者，如Bracco F V 等人1~2 對(duì)空氣動(dòng)力干擾說持支持態(tài)度。該種假說發(fā)展得比較充分，較好地
解釋了低速射流分裂破碎原因，以此推理到高速射流，可以作為霧化的基本原因。目前國內(nèi)外對(duì)燃油噴射霧化機(jī)理的研究主要從兩方面進(jìn)行：一是利用數(shù)值計(jì)算技術(shù)建立多種假說模型進(jìn)行數(shù)值模化研究4~6 ；另一方面利用先進(jìn)的光電測(cè)試技術(shù)去捕獲霧化過程的細(xì)節(jié)，以便為某種或綜合的假說提供支持。
3 霧化過程及方法
通過霧化，使液體燃料形成顆粒微小、尺寸均勻的液霧以增加液體燃料與助燃空氣之間的接觸面積，促進(jìn)蒸發(fā)，從而使燃料得到充分有效地燃燒。而且霧化越細(xì)燃燒就越充分。通常液霧的噴射霧化過程分為三個(gè)階段：一是液體在噴嘴內(nèi)部流動(dòng)階段；二是液體噴出后由液柱分裂為霧滴的階段；三是霧滴在氣體中進(jìn)一步破碎階段。其中第二階段是主要的，可以用空氣動(dòng)力干擾說解釋。液體霧化方法也有多種多樣，具有代表性的主要有機(jī)械霧化、介質(zhì)霧化、特殊噴嘴霧化。
特殊噴嘴霧化
特殊噴嘴一般采用超聲波、電磁場(chǎng)、靜電作用等原理進(jìn)行霧化。超聲波霧化也稱為超聲振蕩霧化，其霧化機(jī)理比較復(fù)雜，有關(guān)人士認(rèn)為超聲波霧化的原理是：超聲波氣流
進(jìn)入諧振腔產(chǎn)生高頻壓力波，該波傳到液體表面引起振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，由振動(dòng)振幅所造成的波峰把液滴從表面分離和破碎，隨著超聲波頻率的增加霧化液滴越來越細(xì)，一般在超聲波的振動(dòng)頻率作用下可獲得幾微米級(jí)的燃料霧滴10 。由于超聲波的霧化性能一般要優(yōu)于其它霧化方式，其霧化滴徑較?。ㄔ?00 m 以下），霧滴的均勻性也比較好，尺寸分布均勻指數(shù)為2，因此易實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，從而減少煙氣中的氮氧污染物的排放量。靜電霧化主要應(yīng)用于涂料霧化。在靜電噴涂中，由于高壓靜電場(chǎng)的作用，涂料液滴會(huì)被分裂成細(xì)小的微粒，從而使涂料得到霧化。靜電霧化在涂料霧化設(shè)備中總是與其他霧化方式聯(lián)合使用。
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