喷嘴结构设计与流场分析毕业设计说明书+CAD图纸(5)
随着人们对喷嘴应用的深入，人们发现空气助力对射流的破碎和雾化有着显著改善作用。这种利用气体与液体之间的相互挤压、加速或剪切作用，来增强液体雾化的喷嘴称为两相流喷嘴。其几种形式的结构如下图所示。
图2-1 气爆式雾化喷嘴结构图
图2-2气体辅助雾化喷嘴结构示意图
图2-3平口喷嘴结构示意图
通过大量的实验研究，发现液雾颗粒的速度分布并不受颗粒直径大小的影响，所有颗粒都拥有几乎相同的平均速度。而对于压力式雾化喷嘴，其颗粒速度是颗粒直径的函数，颗粒直径越大，速度越大，因此大颗粒在燃烧室内的滞留时间小，不能完全燃，而气体辅助雾化喷嘴则没有该缺陷。
图2-4气体辅助雾化喷嘴的结构示意图
国内学者在雾化喷嘴方面进行了一定的研究，图2-4为北京航空航天大学所设计的雾化喷嘴。在试验液体粘度为4.5×10-6~1.0×10-4m2.s-1的范围内，气液比为0.15，平均液滴直径为25um。试验液体为水，气液质量流量比控制在0.03~0.3之间，颗粒直径范围为20～70µm。图2-5为同济大学热能工程系所设计的气体辅助雾化喷嘴，雾化液体为油，气液比为0.049~0.43，颗粒直径范围为80.69～94.49µm。
图2-5 内超声气体辅助雾化喷嘴
1.4 研究步骤
利用设计和改进的气体辅助雾化喷嘴，在雾化试验台上，研究喷雾的雾化性能及指标及其影响因素，并进一步改进。
采用PIV测量技术及相关的图像分析软件，测量设计的气体辅助雾化喷嘴的雾化颗粒的速度分布，并分析影响雾化粒径测量的因素。通过试验，研究喷嘴的雾化性能及其影响因素的规律。
采用ANSYS软件进行数值模拟，本文只对雾化过程进行模拟，即对喷嘴下游喷雾进行数值模拟。
2 雾化喷嘴的设计
2.1对于雾化喷嘴的要求
在空气辅助雾化喷嘴的设计中，应考虑以下几方面要求：
(1) 喷嘴的喷雾效率。喷嘴是将压力转换为压力能的机构而喷嘴的喷雾效率视液体在喷嘴内部的动能而决定，能量愈大则流速愈快，此外，因为喷嘴内部表面及液体皆有摩擦力存在所以会导致能量的损失，这样的问题取决于喷嘴的形式及加工品质的优劣，一般来说，喷嘴的喷雾效率大约介于55%至95%之间。
(2) 合适的雾化角和射程。喷嘴的雾化角与射程和喷嘴的布置相适应，应以有利于喷雾和周围介质之间的适时混合，以保证过程的顺利进行。
(3) 具有较低气液比。气液比是衡量喷嘴运行经济性的一个重要性能指标。因此在保证良好雾化性能的前提下，应尽可能减小气液比，以提高喷嘴运行的经济性。
(4) 需要具有较长的使用寿命。当胶水在喷嘴内部与压缩空气在喷嘴内被加速时，在运行时，喷嘴内部的悬浮颗粒与喷嘴孔内壁发生剧烈摩擦，会有一定的磨损产生，因此喷嘴的材料应选择时应考虑具有一定的抗磨能力。
(5) 因为内部流体是粘度较高的流体，需要具有良好的防堵性能。能长时间连续运行，为了防止喷嘴堵塞，要从防堵的角度设计，喷嘴的结构不能过于复杂，出口的尺寸不能过小，以免堵塞。
2.2 雾化喷嘴的设计内容
喷嘴的设计过程中主要涉及的参数包括：喷气进气管直径、进液管直径、气体注入孔尺寸、头部出口直径等。因为液相流动的为环保型快干水性胶粘剂NEL-106W粘度较高，应考虑粘度防止喷口被堵住，保证喷嘴能够长期运行。喷嘴的结构要简单，易文修和更换方便。同时出口尺寸不能过小。根据上述要求，在这次设计中借鉴前人雾化喷嘴的研究基础上，设计及改进了两种雾化喷嘴，然后与借鉴的喷嘴结构在雾化实验台上作对比实验。设计的装配图如2-1所示，流道图如2-2所示，改进的结构如图2-3所示。