旋流式喷嘴雾化特性研究

发布时间：2017-09-28 18:14

  本文关键词：旋流式喷嘴雾化特性研究

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【摘要】：旋流式喷嘴是实现液体雾化的有效途径之一,与直射式喷嘴相比,它因结构简单、动力消耗低和中低压雾化效率高等优点而逐渐引起人们的重视,并逐步应用于矿井粉尘防治之中。但由于雾化过程的复杂性,目前对旋流式喷嘴的雾化特性还没有形成系统的认识,喷雾压力与喷嘴孔径的匹配也不尽合理,这已逐渐成为高效沉降粉尘的瓶颈。针对上述问题,本文采用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的方法,对旋流式喷嘴的雾化特性进行了系统性的研究,并对喷雾压力及喷嘴孔径进行了合理匹配。在最大流量原理和动量方程法的基础上,结合角动量守恒方程、伯努利方程及连续性方程对旋流式喷嘴内流场的体积流量、切向速度分布及压力分布进行了理论分析,并推导得出相应的分布表达式。应用Fluent软件对旋流式喷嘴进行了三维建模及网格划分,并基于RNG k??模型及VOF方法对不同喷雾压力下不同孔径的旋流式喷嘴的内流场进行了数值模拟研究。研究表明:在似固体旋转区,液体的切向速度由0呈线性急剧增大,在势流旋转区,液体的切向速度近乎呈反比减小,邻近喷嘴内壁时又呈线性急剧减小到0;液体在喷嘴内壁处压力最大,喷嘴中心处压力最小,离喷嘴中心越近压力越小,且减小幅度愈发显著;沿喷嘴轴线方向,旋流室柱段到渐缩段的结构变化不会引起显著的压力损失,但切向速度有一定程度的减小,在渐缩段液体的切向速度逐渐增大,压力逐渐减小,从渐缩段向喷孔段运动的过程中,由于结构的急剧变化,液体的切向速度和压力均显著减小;喷嘴孔径为1.0mm、喷雾压力为5MPa时雾化效果最佳。利用HX-6高速摄像机和DP-02激光粒度分析仪构建了喷雾实验系统,对旋流式喷嘴的雾化特性进行了实验研究。研究表明:雾粒SMD在雾场中随轴向距离的增大先急剧增大后迅速减小,在100cm之后渐趋稳定;雾粒SMD在雾流中心处最大,沿径向向外逐渐减小,距喷嘴较近的径向截面其雾粒SMD分布更为集中;喷雾压力、距喷嘴轴向距离、距轴心距离的增大以及喷嘴孔径的减小,都会使得雾粒SMD分布更趋集中、均匀;喷嘴孔径为1.0mm、喷雾压力为5MPa时雾化效果最佳,距喷嘴1m以外的区域雾粒更加细小、均匀,此区域雾化降尘效果更好。
【关键词】：旋流式喷嘴 雾化特性 数值模拟 实验研究 参数匹配
【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
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 粉尘的危害及主要防尘措施10-13
• 1.1.1 粉尘的危害10-11
• 1.1.2 防尘措施11-13
• 1.2 旋流雾化概述13-14
• 1.3 旋流式喷嘴雾化特性国内外动态研究14-19
• 1.3.1 旋流式喷嘴内流场动态研究15-16
• 1.3.2 旋流式喷嘴外流场近区域动态研究16-18
• 1.3.3 旋流式喷嘴外流场远区域动态研究18-19
• 1.4 课题研究意义和内容19-20
• 1.4.1 课题研究意义19-20
• 1.4.2 课题研究内容20
• 1.5 本章小结20-22
• 第二章 旋流式喷嘴雾化理论基础22-40
• 2.1 旋流式喷嘴内流场理论分析22-29
• 2.1.1 体积流量22-24
• 2.1.2 内流场速度分布24-27
• 2.1.3 内流场压力分布27-29
• 2.2 旋流式喷嘴外流场理论分析29-34
• 2.2.1 液体雾化基本理论介绍29-31
• 2.2.2 旋流式喷嘴雾化机理31-34
• 2.3 雾化质量评价34-39
• 2.3.1 雾化质量评价指标34-37
• 2.3.2 旋流式喷嘴雾化质量影响因素37-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 旋流式喷嘴内流场仿真研究40-62
• 3.1 CFD简介40-42
• 3.1.1 计算流体动力学CFD简介40-41
• 3.1.2 CFD的工作流程41-42
• 3.2 流体动力学控制方程42-44
• 3.2.1 物理模型42
• 3.2.2 模型假设42
• 3.2.3 控制方程42-44
• 3.3 模型的选择44-48
• 3.3.1 湍流模型的选择44-47
• 3.3.2 两相流模型的选择47-48
• 3.4 数值模型的处理48-50
• 3.4.1 网格划分48-49
• 3.4.2 边界条件与控制参数设置49
• 3.4.3 方程离散及求解49-50
• 3.5 仿真结果与分析50-60
• 3.5.1 喷雾压力对流场的影响54-58
• 3.5.2 喷嘴孔径对流场的影响58-60
• 3.6 本章小结60-62
• 第四章 旋流式喷嘴雾化特性实验研究62-74
• 4.1 实验系统简介62-65
• 4.2 实验方案与测试方法65-66
• 4.2.1 测点布置65-66
• 4.2.2 压力调节66
• 4.2.3 实验步骤66
• 4.3 实验结果与分析66-72
• 4.4 本章小结72-74
• 第五章 结论与展望74-76
• 5.1 主要结论74-75
• 5.2 工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 攻读学位期间发表的学术论文82

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1 聂涛;旋流式喷嘴雾化特性研究[D];太原理工大学;2016年

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本文编号：937333