环状出口气泡雾化喷嘴液膜破碎过程与喷雾特性

添加人：admin 发布时间：2015/11/4 9:50:56 来源：中国破碎机网

　　环状出口气泡雾化喷嘴液膜破碎过程与喷雾特性刘联胜，杨华，吴晋湘，闰运忠（河北工业大学能源与环境学院，天津300130）下游形成空心封闭膜壳，表面波明显存在于液膜表面。随着气液质量流量比的增加，膜壳逐渐膨胀并在最薄弱部位被撕裂。利用DuaPDA测量得到液雾颗粒的速度分布、直径分布与流通量分布特性；在主流区域存在负向运动的粒子同时颗粒平均速度明显降低。出口下游的速度分布曲线呈现双峰趋势，。
　　是整个流场不同水平截面的平均速度分布曲线，呈现双峰趋势。对比各曲线可以发现：①在出口附近的水平截面，例如20mm与30mm截面，平均速度随着径向距离的增加变化强烈，而在中轴线附近，平均速度为负值，这说明存在着液雾回流，而在主流区平均速度最大，雾炬边缘的平均速度有所降低；②随着轴向距离的增加，中轴线上的平均速度逐渐增大，而液雾主流区与边缘的平均速度则趋于逐渐减小，在距离出口110mm截面，平均速度曲线趋于平坦，说明截面上各点几乎具有相同的速度，液雾中心与边缘速度略低，此后，液雾射流进入自模区；③中心回流区在出口下游30mm以后消失，但由于测量过程中距离出口小于10mm范围的截面轴心位置PDA能够获得有效粒子信息很少，因而可以认为此截面是回流区的终点，所以可以推测回流区位于喷嘴出口下游10~30mm区域。
　　是主流区内平均速度随轴向距离的变化趋势曲线。分析该曲线可知：①在喷嘴出口处，液雾颗粒的平均速度很低，与的结论一致，这是由于大量气泡壅塞于喷口位置造成的；②由于喷嘴混合室内的-距离出口随着气体流量的增加，膜壳内部压力继续升高，首先在最薄的地方被撕裂，喷雾锥角显著增大。除喷口附近仍保持膜状外，其余液体都以液线的形式存在，这些液线在高速气流的作用下破碎成大小不等的颗粒。此时尽管有引风机在集雾器底部产生巨大的抽力，但是仍然可以观察到大量径向与反向运动的液雾颗粒存在，这些颗粒可能是气泡“爆炸”产生的。
　　液膜破碎过程045的时候，喷嘴出口下游已经根本不存在液膜了，破碎模式已经进入雾化阶段。造成雾化的原因，一个是高速气流在喷嘴出口处对液体强烈的剪切与撕裂作用，另一个就是出口下游液体颗粒所包裹的气泡“爆炸”所造成的二次雾化。
　　3出口下游流场速度分布对于环状液雾炬而言，液雾颗粒具有径向和轴向分速度，在此只需要研究轴向速度即主流平均速度分布以及各测量点的主流速度分布即可。由于液雾场是轴向距离/mm压力显著高于环境压力，气体以射流形式喷射而出后将发生膨胀并加速，因而使液雾平均速度骤然增加，并在出口下游20mm左右达到最大值；③平均速度在达到最大值后，又迅速降低，笔者认为这是由于在速度增大的区间存在大量气泡的“爆炸”造成的，被液膜包裹的气泡的破裂必将产生具有各个方向速度的粒子，其中具有负向速度的粒子必然造成平均速度的降低；④在出口下游80mm以后，平均速度的变化逐渐平缓。
　　为了确定主流区域平均速度随轴向距离变化而发生强烈变化的原因，必须分析各测量点所有颗粒的速度分布图，是各水平截面最大流通量处（即主流区域）的速度分布对比。
　　各截面最大流通量处平均速度随轴向距离的变化各水平截面主流区域的速度分布对比对比分析上面各分布曲线以及测量数据可以发现：①距离出口5mm处存在大量具有负向速度的颗粒，其最大负速度在10m/s以上，但由于喷嘴米用垂直向下喷射且集雾室下部装有引风机，理论上液雾颗粒的速度都应该是正值，因此，可以推断这些具有负向速度的粒子主要是由于气泡的“爆炸”、破碎产生的；②随着轴向距离的增加，特别是在15mm水平截面以后，具有负向速度的粒子个数明显减少，并且其速度值显著降低，这说明气泡的破碎过程是在出口下游很短的距离内完成的，与以前的研究结果「相吻合；③在距离喷嘴出口很远的地方，依然存在少量负速度粒子，这是因为液雾的流动处于湍流状态造成的。
　　4出口下游颗粒平均直径分布是索特平均直径D32、质量平均直径Dl.在径向的分布曲线，可以发现①液雾中心区域内粒子的索特平均直径D32比较小，这主要是由于回流区更容易卷吸小颗粒，并且小颗粒受湍流的影响更大②大颗粒基本分布在液雾主流区两侧边缘，这是因为大粒子具有比较大的动量和更强的穿透能力。
　　0是液雾主流区域颗粒直径随轴向距离的变化趋势，分析该图可知：①在喷嘴出口由于雾化过程尚未完全完成，因而颗粒平均直径D32、D10都比较大；②出口下游很短距离内颗粒平均直径的骤然减小，是由大量气泡的“爆炸”、破碎导致的，这与Wang刘联胜，傅茂林，吴晋湘，等。气泡雾化喷嘴喷雾平均直径在下游流场中的分布。工程热物理学报，2001，22