氨水在转杯雾化喷嘴内特性的数值模拟文献综述
2020-06-11 22:46:24
1.1课题背景
本课题是研究氨水在转杯雾化喷嘴内特性的数值模拟，转杯雾化喷嘴是雾化喷嘴的一种，当前，转杯雾化喷嘴的应用越来越广泛，特别是在雾化液体燃料燃烧以及喷淋冷却等方面的应用。因此，如何提高雾化效果和喷淋冷却效率一直是十分重要的课题[1]。喷雾冷却因为温度均匀性高,散热功率大的特点在电子元器件散热领域也应用广泛[2]。M.H.Sadafi等人通过对盐水喷雾冷却验证调查，提出了湿长度对冷却效率的影响[3]，并且通过改变湿长度来找到最佳的喷淋冷却效率。
1.2转杯喷嘴的工作原理
转杯喷嘴是以液压为雾化动力的机械雾化喷嘴之外的另一类机械雾化喷嘴，这类喷嘴都有一个旋转的喷雾部件，当喷雾液体进入旋转部件后，跟随该部件进行高速旋转，产生离心力，把液体甩出这个部件，同时受到离心力，使液膜撕裂然后形成液线，进而破碎成大小较为匀称的离散液滴，从而使液体雾化[4]。喷雾是一个动态过程，受到喷嘴结构、外部环境多种因素的影响[5]。主要影响因素有雾化液体的物理性质，液体喷射进入气体环境的压力和温度，旋转面边沿的线速率等。一般来说，雾化过程大致分为3 种类型: 液滴破碎、液柱破碎和薄膜破碎[6]。
1.3转杯喷嘴的结构
雾化喷嘴包括主体和转子的组合。主体的一端具有入口，主体的另一端具有注入孔。 通道通道将入口连接到喷射孔，并且转子安装在通道通道中。转子具有头部和主体部分，并且在转子的主体部分的表面上形成至少一个空气通道。转子表面上的空气通道可以连接到通道通道。因此，进入通道通道的流体可以通过空气通道并且从喷射孔口流过以形成微雾化状态，并且转子不产生显着的倾斜或横向位移，从而形成雾化喷嘴[7]。喷嘴包括液体通道，第一气动通道和出口表面[8]。
1.4 转杯喷嘴的结构性能特点
转杯式雾化喷嘴是将液体喷入圆锥形转杯的前端，借助高速旋转的转杯将液体展成薄膜，由”离心力喷雾#8217;和”速度喷雾#8217;的综合作用而雾化液体。转杯的转速比较低，大概只有50r/s，转杯外部的轴向气流有助于雾化的进程。转杯喷嘴适用于粘度范围很大的各类液体，人们可以通过调整液体流量和转杯的转速来控制液膜的厚度以及雾化液滴的均匀度 [9]。喷嘴的雾化性能尤其是雾滴粒径和雾滴谱宽度，喷雾细化后得到的液滴尺寸越小，质量越高[10]。
1.5 转杯喷嘴的应用
喷嘴的雾化技术分为很多种，几乎涵盖了所有工业领域。在农业生产中，可以用雾化喷嘴来喷洒农药，灌溉农田。近几年来，在国内化学农药的使用颇受诟病，主要是利用率低，利用转杯喷嘴进行喷淋可以大大减少化学农药的污染[11]。工业制造中的应用就显得更为繁多，喷涂、除尘，车间加湿以及电子元件散热等;家用的淋浴喷嘴也采用了液体的雾化技术。因此喷嘴是很多种喷淋，喷雾，喷油，喷砂设备里很关键的一个部件，甚至是主要部件。转杯喷雾主要应用于燃油燃烧器和喷淋冷却塔中，用于燃油燃烧器主要是使燃油雾化，使之与空气完全混合均匀，提高燃烧效率，节约燃料[12]。转杯式燃油器在我国是近年出现的新设备。对于只需一两个喷嘴即可的锻造炉、热处理炉和工业锅炉等独立设备尤为合适,因为无需油路系统和供风系统。转杯式燃油器的特点是结构紧凑,油耗、动力消耗和污染小,操作和维护方便[13]。而用于喷淋冷却时是为了提高冷却效率，降低排气温度[14]。当然还有喷雾干燥的应用，可以用来进行乳液雾化[15]。目前燃油锅炉对该种喷嘴运用更广并且更成熟，早些年北京钢铁学院试制成功了ZL-2型转杯式喷嘴,效果良好, 应用范围转杯式喷嘴是一种液体燃料燃烧的组装没备。该喷嘴主要应用于燃油锅炉的原油燃烧，也能适用于重油、轻油和重柴油的燃烧。同时也能应用于其他工业炉,如退火炉等[16]。喷雾冷却还是解决电子元器件等高热流密度散热问题的关键技术[17]。用于喷淋塔时，喷淋工质主要是水或者盐水。对于一些电厂或锅炉厂，往往在喷淋冷却的过程中需要除去一些有害的排放气体，因此多采用氨水喷淋[18]。利用氨水喷淋脱除燃煤烟气中SO2控制和减缓火力发电厂的SO2排放,可以从提高发电效率,保护环境[19]。
1.6数值模拟技术介绍
