非牛顿流体雾化射流性能测试及喷嘴结构优化设计

发布时间：2020-10-25 19:13

　　 非牛顿流体雾化射流技术在航天航空领域,医药制造,食品制造等领域有广泛的应用背景。对于雾化射流,以往研究大多集中于喷嘴外部流场且雾化介质为牛顿流体,对于非牛顿流体的气液内混式喷嘴雾化射流外流场分布以及喷嘴内部结构对雾化结果的影响少有全局性研究。本文对喷嘴出口外部气相及液相流型进行了实验以及数值模拟分析,对气液两相流喷嘴内部混合腔进行了结构设计以及仿真不同结构内部流型予以验证。研究主要内容为:首先针对非牛顿流体设计搭建实验平台,主要采用高速摄像机对喷嘴进行外部流型拍摄采集雾化喷嘴外部流场流型图,采用热线风速仪对喷嘴外部流场不同位置流速进行测量,采用PDA进行不同浓度黄原胶溶液的雾化粒径测量实验。其次利用实验数据建立雾化模型,基于DPM模型对气液两相流喷嘴外场流型以及颗粒分布进行了数值模拟。模拟喷嘴外流场有无颗粒的气体流场分布,将速度场和颗粒场仿真结果与实验进行对比,并对非牛顿流体实验结果产生的现象进行机理性分析。对气泡雾化喷嘴内流场进行分析,气泡雾化喷嘴内部流型对雾化效果有决定性影响。基于FLUENT中的VOF模型对不同结构的气液内混式喷嘴的混合腔内气液两相流型进行数值模拟。仿真分析原有的混合腔结构和改变混合腔进气口数量和的喷嘴近出口处直径大小对气液混合腔内气液流型的影响;分析不同结构在不同气液比条件下形成稳定环流所需时间,比较得出雾化效果较好的气液比条件和合理的混合腔结构。本文对非牛顿流体雾化射流内外部流场进行了实验测量和数值分析,外流场研究表明粘弹性流体与水雾化产生的颗粒粒径范围为0.05-0.3m,变化趋势均为距离喷嘴越远的粒径越大,而改变气流量对粘弹性流体的影响作用明显小于水;内流场研究得出优化结构增加混合腔的进气孔数量和缩小出口处直径均有利于提高雾化质量。
【学位单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O373
【部分图文】：

图 2.1K-H 不稳定性 图 2.2 R-T 不稳定性如图 2.1 所示是典型的 Kelvin-Helmholtz 不稳定性，简称为 K-H 不稳定性-H 不稳定性一般发生在气液交界面上，当两流体在运动过程中的速度、密发生变化时交界面之间成波纹粘性作用而引起的。海风吹过海平面形成的，其不稳定性原理也是 K-H 不稳定性；如图 2.2 所示是典型的 Rayleigh-Tay稳定性，简称为 K-H 不稳定性。R-T 不稳定性也是发生在两流体的交界面上密度较小流体竖直方向上加速进入密度较大流体之中或是在重力场中较轻要支撑较重流体时，一般在受到水平作用力的接触面之间产生 R-T 不稳定性K-H 不稳定性主要出现在喷嘴一次雾化的出口处连续液体的破碎，通常于气液交界面上气体和液体切向运动时液体的粘性力造成的。R-T 不稳定析主要出现在二次雾模型分析中，由于液体颗粒在气流中运动的惯性力较大种不同密度层交界面处于不稳定的状态，此时的液滴加速方向和气液交界常都是相互垂直的，随之形成了 R-T 不稳定性。.1.3 一次雾化

图 2.1K-H 不稳定性 图 2.2 R-T 不稳定性如图 2.1 所示是典型的 Kelvin-Helmholtz 不稳定性，简称为 K-H 不稳定性-H 不稳定性一般发生在气液交界面上，当两流体在运动过程中的速度、密发生变化时交界面之间成波纹粘性作用而引起的。海风吹过海平面形成的，其不稳定性原理也是 K-H 不稳定性；如图 2.2 所示是典型的 Rayleigh-Tay稳定性，简称为 K-H 不稳定性。R-T 不稳定性也是发生在两流体的交界面上密度较小流体竖直方向上加速进入密度较大流体之中或是在重力场中较轻要支撑较重流体时，一般在受到水平作用力的接触面之间产生 R-T 不稳定性K-H 不稳定性主要出现在喷嘴一次雾化的出口处连续液体的破碎，通常于气液交界面上气体和液体切向运动时液体的粘性力造成的。R-T 不稳定析主要出现在二次雾模型分析中，由于液体颗粒在气流中运动的惯性力较大种不同密度层交界面处于不稳定的状态，此时的液滴加速方向和气液交界常都是相互垂直的，随之形成了 R-T 不稳定性。.1.3 一次雾化

中国计量大学硕士学位论文破碎相流平孔式压力喷嘴比较容易产生圆柱形液体射流。不同的入射的射流速度得到不同的破碎形态。对于平口压力喷嘴喷嘴雾化射流1]。 等人对不同入射压力进行雾化实验，实验结果表明随着流速度柱破碎呈现明显不同的几个形态，因此将圆射流液柱的破碎形态瑞利型分裂、第一风生分裂、第二风生分裂和不完全雾化和完全，其中它们各自具有不同的破碎特征。如图 2.3 所示，图中给出了随喷射速度的变化关系[4]。
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本文编号：2855846