超声雾化喷嘴的研究

发布时间：2017-04-25 07:09

  本文关键词：超声雾化喷嘴的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿井下的呼吸性粉尘是引起井下工作人员尘肺病的最根本原因。目前煤矿井下主要采用喷雾的方法进行降尘,但其对呼吸性粉尘的沉降效果很不理想。主要原因是其水雾的雾滴粒径过大,而前人研究表明雾滴粒径越小捕集呼吸性粉尘的效率越高。超声雾化降尘是一种新型的降尘技术,利用超声雾化喷嘴产生的雾滴粒径可以达到十几微米,能够有效提高呼吸性粉尘的沉降效率。本文通过分析超声雾化喷嘴的发声原理和雾化机理,提出超声波的频率、声压以及喷嘴出口的气流速度是影响超声波雾化的主要因素,同时得出喷嘴的共振腔结构对超声波频率和声压的影响很大。利用实验测量了超声雾化喷嘴在不同气压下的频率,根据频率的变化规律初步给出了喷嘴气压的工作范围:0.25-0.6MPa,同时验证了超声雾化喷嘴的频率经验公式。通过FLUENT分析了气压、共振腔直径d、长度L及喷嘴出口到共振腔距离s对超声雾化喷嘴声压的影响,结果表明随着气压的增大声压呈增大趋势;根据频率和声压的变化规律得到了共振腔三个结构参数的设计范围:d=1.5-2.5mm,L=1.0-2.0mm,s=3-4mm,为后人在设计喷嘴共振腔时提供了参考。通过FLUENT对超声雾化喷嘴气液两相的内流场进行了模拟研究,分析了工作参数和结构参数对喷嘴出口气流速度的影响,研究表明随着气压的不断增大,喷嘴出口的气流速度不断增大,而随着水压的不断增大,喷嘴出口的气流速度不断减小。在以上规律的基础上得出了超声雾化喷嘴的最优工作气压为0.5MPa,与之匹配的水压为0.3-0.4MPa。液相入口夹角θ对喷嘴出口的气流速度影响很小,而随着液相入口孔径D的增加喷嘴出口的气流速度呈增大趋势,由此给出了D的设计范围为1.0-1.2mm。利用实验分析了工况参数对超声雾化喷嘴雾场的影响。实验表明随着气压的增大,雾滴SMD不断变小,雾化角显著增大,之后随着气压的继续增大,雾滴SMD和雾化角变化不大;而雾滴SMD随着水压的增大呈增大的趋势。同时通过实验结果验证了仿真所得的最优工作气压和水压。并且实验得到了当气压为0.5MPa,水压为0.4MPa时轴向距离在0-150cm范围内的雾场分布均匀性最好。
【关键词】：超声波 雾化喷嘴 共振腔 SMD
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD714.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 呼吸性粉尘的危害11
• 1.1.2 呼吸性粉尘的防治现状11-13
• 1.2 超声雾化种类13-15
• 1.2.1 压电式超声雾化13-14
• 1.2.2 流体动力式超声雾化喷嘴14-15
• 1.3 超声雾化喷嘴国内外研究动态15-20
• 1.3.1 Hartmann哨的研究动态15-17
• 1.3.2 超声雾化喷嘴的研究动态17-20
• 1.4 本课题研究的意义和内容20-21
• 1.4.1 本课题研究意义20
• 1.4.2 本课题研究内容20-21
• 1.5 本章小结21-23
• 第二章 超声雾化喷嘴的理论基础23-37
• 2.1 超声波的产生原理23-26
• 2.1.1 气动声学理论23-24
• 2.1.2 Hartmann哨发声原理24-26
• 2.2 超声波雾化机理26-32
• 2.2.1 表面张力波理论26-31
• 2.2.2 微激波理论31-32
• 2.2.3 表面张力波理论与微激波理论的联系32
• 2.3 超声雾化质量的主要指标32-35
• 2.4 Hartmann哨超声雾化喷嘴结构35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 超声雾化喷嘴的共振腔特性研究37-51
• 3.1 超声雾化喷嘴的频率特性实验研究37-41
• 3.1.1 实验系统设计37-38
• 3.1.2 实验条件设定38
• 3.1.3 实验结果分析38-41
• 3.2 超声雾化喷嘴共振腔声学特性的数值模拟41-49
• 3.2.1 FLUENT软件介绍41-42
• 3.2.2 模型建立及网格划分42-43
• 3.2.3 求解模型选择及参数设置43-44
• 3.2.4 仿真结果分析44-49
• 3.3 本章小结49-51
• 第四章 超声雾化喷嘴内部流场仿真51-63
• 4.1 流体动力学的基本控制方程51-52
• 4.2 模型建立及网格划分52-53
• 4.3 求解模型选择与边界条件设定53-55
• 4.4 结果分析55-61
• 4.4.1 喷嘴内部流场分析55-57
• 4.4.2 工作参数对喷嘴出口气流速度的影响57-59
• 4.4.3 结构参数对喷嘴出口气流速度的影响59-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 超声喷嘴的雾化实验研究63-75
• 5.1 实验系统设计63-65
• 5.2 雾滴粒径测定方法65
• 5.3 实验工况的确定65-67
• 5.4 实验结果分析67-74
• 5.4.1 工况参数对雾滴SMD的影响67-70
• 5.4.2 雾场中雾滴SMD的轴向及径向变化70-73
• 5.4.3 工况参数对雾化角的影响73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 主要结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 攻读学位期间发表的学术论文83

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