噴射沉積氣體流場與霧化機制研究.pdf

1、霧化器的結(jié)構(gòu)對射流流場會產(chǎn)生很大的影響,因而霧化器設計也是噴射成形及液體霧化領域至關(guān)重要的核心技術(shù)。本文運用理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究相結(jié)合的方法,對單級和雙級霧化器流場及流場中液體的波動與破碎狀態(tài)進行了系統(tǒng)研究分析,以期為實現(xiàn)對單相及兩相流場的有效控制奠定基礎。
　　采用計算流體力學軟件 Fluent提供的k-ε湍流模型和RSM湍流模型對四個不同出氣口交角的單級緊配合式霧化器氣體流場分析,結(jié)果表明霧化器在10atm的工作壓力下

2、隨著出氣口交角從5°增大到65°,k-ε湍流模型計算出的主射流區(qū)間散射角為15.0°到17.4°,而 RSM湍流模型給出的主射流階段張角為17.2°到19.0°,兩個模型的計算結(jié)果相近。將模擬結(jié)果與實測的氣體流速對比發(fā)現(xiàn),計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好,其中 RSM模型相對精確。噴嘴出氣口噴出的氣體經(jīng)導液管保護套反射后會在導液管前方形成一個氣體流速的環(huán)峰。兩種模型給出的結(jié)果均顯示:隨著出氣口交角的增大,環(huán)形速度峰轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€速度單峰的合并位置

3、會逐漸遠離導液管,并在導液管前方形成一個渦流區(qū)域,且該區(qū)域中心氣體反向流向?qū)б汗?。同時,在該區(qū)域內(nèi)沿軸線相對流動的氣流交匯處會出現(xiàn)氣流速度接近于零的“駐點”。同時,改變霧化器出氣口交角會對渦流區(qū)域的位置產(chǎn)生微弱的影響。流場動態(tài)分析表明:對于不同工作壓力下處于穩(wěn)定狀態(tài)的氣體流場,增加氣體壓力時不改變氣體流場結(jié)構(gòu),渦流區(qū)域的范圍與位置也不發(fā)生變化,氣壓的增加僅促使氣體流速的增加;從中心入口引入微弱的氣體擾動將會在整個流場中產(chǎn)生周期性的氣體射

4、流波動。
　　對于雙級霧化器,通過模擬與實驗確定了上下霧化器的裝配關(guān)系:上、下霧化器之間的裝配距離不大于15mm,下霧化器中心孔徑為65mm。上、下霧化器同時工作時,上霧化器噴出的氣流可以有效地抑制上下霧化器之間的渦流區(qū)。當下霧化器處于擺動極限位置時,可以有效地促使射流角度發(fā)生偏轉(zhuǎn):上、下霧化器工作壓力均為10atm且下霧化器擺動5°時,射流主段的偏轉(zhuǎn)角約為5°;只有下霧化器工作壓力為10atm且其擺動角度為5°時,射流主段的偏轉(zhuǎn)

5、角約為6°。
　　對霧化過程的研究發(fā)現(xiàn):在一次霧化過程中液柱的Weber數(shù)在130.1～160.9范圍內(nèi)時為波動破碎向膜狀破碎的轉(zhuǎn)變區(qū)間?！安▌悠扑椤痹从贙elvin-Helmholtz不穩(wěn)定影響,氣液界面的波動導致大液滴的脫落和液柱的破碎。初級霧化中的“膜狀破碎”受到渦流區(qū)域的氣體靜壓力與動壓力的共同作用并使液柱變形為液膜繼而破碎成小液滴。對破碎粉末觀察表明空心粉末的形成是液膜破碎震動和自身表面張力共同作用的結(jié)果。
　　文

6、中還對不同直徑的入射液滴運動軌跡進行了分析。入射液滴會受到導液管前方渦流區(qū)域的作用,當液滴入射速度為50m/s時,直徑大于35μm的液滴會順利穿越導液管前方的渦流區(qū)域,其運動受渦流區(qū)的影響較小。直徑相同的液滴,入射速度越大則越容易穿越渦流區(qū)域。文中計算了50μm、100μm和150μm的液滴在相對氣體流速為100m/s與200m/s的流場中液滴內(nèi)部的溫度場分布,在給定條件下液滴的冷卻速度范圍集中在104～105數(shù)量級。三個直徑的液滴在1