烟草加料过程中双流体喷嘴雾化粒径的研究

作     者：王宇 

作者单位：郑州轻工业学院 

学位级别：硕士

导师姓名：李晓

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：烟草加料 双流体喷嘴 索特尔平均直径 均匀性指数 预测模型 

摘      要：加料是烟草生产加工中的重要工序之一,而加料过程中雾化粒径及其分布均匀性会直接影响到料液的均匀性及有效利用率。本文利用双流体喷嘴雾化系统,开展了烟草加料过程中双流体喷嘴雾化粒径的研究。对影响双流体喷嘴雾化粒径大小及分布均匀性的因素进行了分析,同时运用数值分析和量纲分析研究了不同截面粒径大小及其分布规律,并建立了索特尔平均直径D32的模型。结果表明:(1)自主设计并搭建出双流体喷嘴雾化系统。本系统可以实现水蒸气和压缩空气的自由切换,并对工况参数进行精确控制,关键参数的控制精度在2%以内;建立了图像采集系统,图像精度可达2.28 μm/pixel;建立了图像处理系统,雾化粒径测试误差在1.1%以内。(2)调节雾化介质流量、料液流量、料液温度及料液类型可以实现对雾化液滴粒径大小及其分布均匀性的控制。研究表明:①雾化介质流量或液路流量恒定时,增大气液比,雾化粒径D32减小,液滴分布更加均匀。②其他条件相同,水的温度对雾化粒径大小及均匀性没有显著影响;提高料液温度,雾化粒径D32减小,雾化液滴的分布均匀性没有显著变化。③提高料液的运动黏度,雾化粒径D32增大;引射介质使用压缩空气相比水蒸气,其雾化液滴分布更加均匀。(3)调节雾化截面距离喷嘴的位置,可以实现对雾化粒径大小及其均匀性的整体控制。研究表明:①沿X轴线方向,首先液滴碰撞、融合效应占主导,其后重力发挥主要作用,导致液滴雾化粒径沿轴线方向呈现先增大后减小的趋势;随着轴线距离的增加,液滴整体分布更加均匀。②沿Y轴方向,下部区域液滴粒径明显大于上部区域;上部区域液滴分布均匀性明显优于下部区域。(4)建立了双流体喷嘴雾化粒径模型Ln(SMD/d)=lnK-aln(Re)-bln(We)+hlnf,根据预测模型得到的计算值和实际值拟合良好,方程决定系数均大于0.87,标准化残差均小于±2;模型与实测值之间平均相对误差2.3%-3.9%,最大相对误差15.2%,能够满足工程应用要求。