旋切式喷嘴的雾化机理及其工业应用研究

作     者：祝爱娟 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：向晓东

授予年度：2011年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：CFD数值模拟 新型喷嘴 雾化 喷嘴内流场 工业应用 

摘      要：喷嘴是喷淋、喷雾、喷油、喷砂等工艺中的关键部件。研究喷嘴雾化的机理,分析喷嘴的雾化方法、雾滴形成过程,对改进喷嘴结构、提高雾化效果具有重要意义。本文在介绍各种常用喷嘴的结构和雾化机理、对比各种喷嘴优缺点的基础上,提出一种新型旋切式喷嘴的结构。这种旋切式喷嘴的结构简单、喷雾量无限可调、喷雾锥角调整灵活、防堵塞、雾化效果好。 然而旋切式喷嘴内部流体的流动状态非常复杂。喷嘴的雾化过程通常是喷嘴内部流场和喷嘴外部流场共同作用的结果,因此分析喷嘴内流场很有必要。为了解喷嘴内流场对喷嘴的雾化特性的影响,分析喷嘴内部的流动状态,本文通过建立数值模型、设定网格划分、边界条件和初始条件、计算控制参数,采用商用软件CFX对旋切式喷嘴内部的气液两相流场、速度场、压力场等进行模拟研究,为旋切式喷嘴的设计和优化提供依据。 通过数值模拟研究发现,在旋切式喷嘴内部液流已经被气流剪切雾化成细小颗粒,其均匀的分散在气流中,在混合室内部形成气液混合流,形成一次雾化。当气液混合流脉冲喷出喷孔时,体积进一步膨胀,同时,高速液滴在外部空气流的作用下,产生二次雾化,促进了雾化效果。由于液体在喷嘴内部混合室内已雾化,喷孔的直径可以增大。因此,喷孔直径的增大,能有效地避免喷孔堵塞现象。 最后介绍和分析了旋切式气液两相喷嘴在高温烟气降温冷却、垃圾焚烧除酸塔喷雾烟气净化以及矿山开采过程中的除降尘等方面的工业应用。研究表明:旋切式喷嘴可广泛应用于能源、动力、化工、食品、医药、陶瓷、建筑、冶金、环保等几乎所有工业领域。