噴嘴知識
環(huán)孔霧化噴嘴設(shè)計參數(shù)的研究
更新時間 2025-05-09
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在氣流霧化制粉及噴射成形制坯技術(shù)中, 霧化噴嘴是使霧化介質(zhì)獲得高能、高速的核心部件, 也是對霧化效率及霧化過程穩(wěn)定性起重要作用的關(guān)鍵部件 。高壓氣體經(jīng)霧化噴嘴后轉(zhuǎn)換成高速氣流, 高速氣流沖擊低速的金屬或合金液流柱, 使之霧化, 并且要求霧化成的液滴形狀規(guī)則、尺寸細(xì)小及分布集中, 因此設(shè)計結(jié)構(gòu)合理的霧化噴嘴是獲得好的霧化效果的前提。
霧化噴嘴設(shè)計參數(shù)主要有霧化介質(zhì)的種類和壓力、霧化噴嘴氣流出口截面積和噴射頂角等, 并有對霧化頂角從90度到30度之間每隔15度為一個變化值進(jìn)行霧化銅合金粉的試驗報道 。本文將通過霧化氣流流動的理論進(jìn)行分析以及研究環(huán)孔霧化噴嘴設(shè)計參數(shù), 旨在為設(shè)計環(huán)孔霧化噴嘴提供相關(guān)理論計算。
霧化氣流流動的理論分析
1、霧化氣流沿流線流動的能量方程假設(shè)霧化介質(zhì)為可壓縮氣流, 為方便討論氣流經(jīng)過霧化噴嘴出口處的流速v1 , 將霧化器等效地示于圖1。分別在霧化噴嘴空腔內(nèi)和氣體出口處選取截面A-A 和B-B , 且氣流在霧化噴嘴空腔內(nèi)AA處的壓力為p 0 , 在B-B 處的壓力為p , A t 為B-B 處的截面積。
壓力為p o的氣流經(jīng)截面B-B 流入壓力為p e 的環(huán)境, 當(dāng)把這個過程的流動近似地看作連續(xù)( 即氣流充滿整個管道, 且管道不吸氣也不漏氣) 而且穩(wěn)定流動, 并忽略位能及摩擦力所做的功時[ 11] , 那么氣流沿流線流動的微分方程可表示為[ 12] :
dv2 / 2+ dp / p= 0 ( 1)
由于氣流在環(huán)孔或環(huán)縫處的流動時間很短, 視
為絕熱流動, 并考慮到氣流的可壓縮性( 氣流密度常數(shù)) , 有 :
p / pk= 常數(shù)( 2)
將式( 2) 代入式( 1) 積分得到可壓縮流體的能量方程( Bernoulli 方程) :
v21
/ 2= ( v 22
) / 2+ [ k/ ( k- 1) ] [ p 0 / 0- p / ] ( 3)
式中: k 為氣流的壓容比; v2 為AA 截面的霧化氣體流速, m/ s; 0 為霧化噴嘴空腔內(nèi)的氣流在溫度為T0 及壓力為p 0 時的密度, kg/ m3。
2 、 環(huán)孔霧化噴嘴設(shè)計參數(shù)的分析
圖2為環(huán)孔霧化噴嘴結(jié)構(gòu)簡圖 , 在一個軸對稱的環(huán)形高壓氣腔底部均布若干半徑為R0 的噴孔, 噴孔軸線NF 與霧化噴嘴主軸線OF 的交角稱為噴射頂角; 以O(shè)F 為對稱軸的兩噴孔中心距離D稱為節(jié)圓直徑。由此可知, 設(shè)計環(huán)孔霧化噴嘴時, 須研究和計算這些參數(shù)。
dv2 / 2+ dp / p= 0 ( 1)
由于氣流在環(huán)孔或環(huán)縫處的流動時間很短, 視
為絕熱流動, 并考慮到氣流的可壓縮性( 氣流密度常數(shù)) , 有 :
p / pk= 常數(shù)( 2)
將式( 2) 代入式( 1) 積分得到可壓縮流體的能量方程( Bernoulli 方程) :
v21
/ 2= ( v 22
) / 2+ [ k/ ( k- 1) ] [ p 0 / 0- p / ] ( 3)
式中: k 為氣流的壓容比; v2 為AA 截面的霧化氣體流速, m/ s; 0 為霧化噴嘴空腔內(nèi)的氣流在溫度為T0 及壓力為p 0 時的密度, kg/ m3。
2 、 環(huán)孔霧化噴嘴設(shè)計參數(shù)的分析
圖2為環(huán)孔霧化噴嘴結(jié)構(gòu)簡圖 , 在一個軸對稱的環(huán)形高壓氣腔底部均布若干半徑為R0 的噴孔, 噴孔軸線NF 與霧化噴嘴主軸線OF 的交角稱為噴射頂角; 以O(shè)F 為對稱軸的兩噴孔中心距離D稱為節(jié)圓直徑。由此可知, 設(shè)計環(huán)孔霧化噴嘴時, 須研究和計算這些參數(shù)。
( 1) 依據(jù)對氣流在霧化噴嘴內(nèi)的流動分析以及氣流運(yùn)動方程及能量方程的聯(lián)立求解, 得到了氣流在霧化噴嘴出口速度及質(zhì)量流率取得極大值時的解析表達(dá)式, 導(dǎo)出了環(huán)孔霧化噴嘴氣流出口截面積與其空腔截面積及霧化壓力的計算關(guān)系式。
( 2) 通過對霧化氣流噴射參數(shù)的研究及環(huán)孔噴嘴設(shè)計參數(shù)的分析, 建立的從霧化噴嘴噴射出的氣流流速與霧化噴嘴氣流出口半徑、噴射距離、噴射頂角及節(jié)圓直徑的變化關(guān)系式, 為霧化噴嘴的設(shè)計計算提供了依據(jù)。
( 3) 提出了在環(huán)孔噴嘴上設(shè)置導(dǎo)液管護(hù)套, 可保障霧化噴嘴的同心度不發(fā)生偏差。
( 2) 通過對霧化氣流噴射參數(shù)的研究及環(huán)孔噴嘴設(shè)計參數(shù)的分析, 建立的從霧化噴嘴噴射出的氣流流速與霧化噴嘴氣流出口半徑、噴射距離、噴射頂角及節(jié)圓直徑的變化關(guān)系式, 為霧化噴嘴的設(shè)計計算提供了依據(jù)。
( 3) 提出了在環(huán)孔噴嘴上設(shè)置導(dǎo)液管護(hù)套, 可保障霧化噴嘴的同心度不發(fā)生偏差。
關(guān)鍵詞語：霧化噴嘴,霧化氣流
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