噴嘴霧化技術(shù)的發(fā)展
更新時(shí)間：2013-04-23 點(diǎn)擊次數：6594
噴嘴的霧化技術(shù)具有很廣泛的應用領(lǐng)域，主要針對液態(tài)燃料的霧化，分別從其霧化機理、霧化方法、液霧的測試技術(shù)以及燃油霧化的數值模擬技術(shù)等方面對霧化技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說(shuō)明。
霧化技術(shù)幾乎已經(jīng)涵蓋所有的工業(yè)領(lǐng)域，如交通運輸、農業(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、農藥噴灑方面等也有著(zhù)廣泛的應用。
液體的霧化機理學(xué)說(shuō)
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(guò)程。對于其霧化機理，已經(jīng)有了多種解釋?zhuān)缈諝鈩?dòng)力干擾說(shuō)，壓力震蕩說(shuō)，湍流擾動(dòng)說(shuō)，空氣擾動(dòng)說(shuō)，邊界條件突變說(shuō)等。
1.空氣動(dòng)力干擾說(shuō)Castlemanzui早提出了空氣動(dòng)力干擾說(shuō)，他認為，由于射流與周?chē)鷼怏w間的氣動(dòng)干擾作用，使射流表面產(chǎn)生不穩定波動(dòng)。隨速度增加，不穩定波所作用的表面長(cháng)度越來(lái)越短，直至微米（m）量級，射流即散布成霧狀。
2.壓力振蕩說(shuō)壓力振蕩說(shuō)是觀(guān)察到液體供給系統壓力振蕩對霧化過(guò)程有一定影響。由此根據一般噴射系統中普遍存在壓力振蕩，因此認為它對霧化起重要作用。
3.湍流擾動(dòng)說(shuō)湍流擾動(dòng)說(shuō)認為射流霧化過(guò)程發(fā)生在噴嘴內部，而流體本身的湍流度可能起著(zhù)重要作用。也有人認為作為湍流管流運動(dòng)的噴嘴內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。
4.空氣擾動(dòng)說(shuō)空氣擾動(dòng)說(shuō)對湍流擾動(dòng)說(shuō)持相反態(tài)度，認為噴油系統內穴蝕現象所產(chǎn)生的大振幅壓力擾動(dòng)是產(chǎn)生霧化的原因。
5.邊界條件突變說(shuō)邊界條件突變說(shuō)認為噴嘴出口處，液體的邊界條件（內應力）發(fā)生突變；或者是層流射流突出失去噴嘴壁面約束，使截面內速度分布驟然改變而產(chǎn)生霧化。
上列五種噴嘴機理假說(shuō)均有不足之處，甚至本身相互矛盾。大多數學(xué)者，如BraccoFV等人對空氣動(dòng)力干擾說(shuō)持支持態(tài)度。該種假說(shuō)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。目前國內外對燃油噴射霧化機理的研究主要從兩方面進(jìn)行：一是利用數值計算技術(shù)建立多種假說(shuō)模型進(jìn)行數值?；芯?；另一方面利用先進(jìn)的光電測試技術(shù)去捕獲霧化過(guò)程的細節，以便為某種或綜合的假說(shuō)提供支持。
霧化過(guò)程及方法
通過(guò)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。而且霧化越細燃燒就越充分。通常液霧的噴射霧化過(guò)程分為三個(gè)階段：一是液體在噴嘴內部流動(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(shuō)解釋。
液體霧化方法也有多種多樣，具有代表性的主要有機械霧化、介質(zhì)霧化、特殊噴嘴霧化。
1.機械霧化
機械霧化主要是靠燃油在壓力差作用下產(chǎn)生的高速射流使燃油得到霧化，它又可細分為直射式、離心式和旋轉式霧化。
直射式霧化和離心式霧化可統稱(chēng)為壓力霧化。由于直射式主要依靠燃油的噴射達到霧化的目的，因此油壓的要求比較高，而且噴孔直徑越大霧化越粗，故噴孔直徑不能太大，流量調節范圍比較小。離心式霧化是利用高壓液體經(jīng)旋流裝置產(chǎn)生的離心力產(chǎn)生液膜，被空氣破碎而霧化。離心式霧化的效果優(yōu)于直射式霧化，但是它同樣需要較高的供油壓力，因此它們都不適合于霧化高粘性燃油。
旋轉式霧化大體上分為旋轉體型和旋轉噴口型兩大類(lèi)，而旋轉體形又分為轉杯式和旋盤(pán)式8。轉杯式霧化是將燃油噴入圓錐形轉杯的前端，借助高速旋轉的轉杯將燃油展成薄膜，由“離心力噴霧”和“速度噴霧”的綜合作用而霧化燃油。在國內主要應用于工業(yè)爐和鍋爐上。同理，旋盤(pán)式霧化是依靠高速旋轉的圓盤(pán)來(lái)霧化燃油，它目前主要應用于噴霧干燥領(lǐng)域。小型燃氣輪機的折流燃燒器上采用的離心甩油盤(pán)是典型的旋轉噴口霧化，它的霧化質(zhì)量主要是高速旋轉產(chǎn)生的巨大離心力作用在貼壁燃油具有*當量壓強，使甩出的燃油徑向速度特別高。
2.介質(zhì)霧化
介質(zhì)霧化根據介質(zhì)不同又可分為蒸汽霧化、空氣霧化，根據霧化方式的不同又分為氣動(dòng)霧化和氣泡霧化。
氣動(dòng)霧化依靠一定壓力的氣體（壓縮空氣或蒸汽）形成高速氣流，使氣體與燃油之間形成很高的相對速度以達到霧化的目的。其優(yōu)點(diǎn)是可以在較低的供油壓力下獲得良好的霧化效果，在使用高粘度燃油時(shí)仍然可以獲得較高的霧化質(zhì)量，并且工作狀況可以在較大的范圍內調節。
氣泡霧化是20世紀80年代初由A.H.Lefebvre9提出的一種新型氣動(dòng)霧化方式，它是把壓縮空氣以某種適當的方式注入到液體中，并使兩者在噴嘴混合室內形成穩定的泡狀兩相流動(dòng)，在離開(kāi)噴嘴出口極短的距離內由于氣泡內外壓差的劇烈變化，促使它急劇膨脹直至破裂，從而將包裹在其周?chē)囊耗みM(jìn)一步破碎成為更加細微的液霧顆粒。由于氣泡霧化的耗氣量少、霧化質(zhì)量高、霧化效果基本不受出口直徑影響，因此比較適合霧化重、渣油等高粘度液體燃料。
3.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(chēng)為超聲振蕩霧化，其霧化機理比較復雜，有關(guān)人士認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(zhù)超聲波頻率的增加霧化液滴越來(lái)越細，一般在超聲波的振動(dòng)頻率作用下可獲得幾微米級的燃料霧滴。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?00m以下），霧滴的均勻性也比較好，尺寸分布均勻指數為2，因此易實(shí)現低氧燃燒，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 )被分裂成細小的微粒，從而使涂料得到霧化。靜電霧化在涂料霧化設備中總是與其他霧化方式聯(lián)合使用。
在液體霧化試驗中，對于流場(chǎng)中霧滴群的測試，不但要測量其尺寸分布，而且要測量其空間分布、速度等。因此宜采取不干涉流場(chǎng)及噴霧場(chǎng)的方法來(lái)直接測量運動(dòng)中的霧滴群特征。在不干涉測量對象的方法中，使用zui廣泛的是光學(xué)法。隨著(zhù)激光、微電子及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應用，人們開(kāi)發(fā)了許多新的光學(xué)測試技術(shù)，如激光全息測霧技術(shù)、激光散射測霧技術(shù)、激光相位多普勒測霧技術(shù)等非接觸式的測量方法等，都具有不干擾流場(chǎng)、時(shí)間和空間分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現了噴霧測量的三維性和實(shí)時(shí)性，為深入研究噴嘴提供了強有力的測試手段。
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