L型双级谐振腔式低频超声雾化喷头的设计及试验

发布时间：2020-04-14 18:33

【摘要】：机械流体动力超声雾化喷头与普通的两相流喷头相比,雾滴粒径更为细小,与传统的压电式低频超声雾化喷头相比雾化量较大,并且雾滴的空间分布较广。现阶段农业生产的需求也在提高,现有的雾化量较小的喷头逐渐地不能满足生产需求。为了在保证雾化出的雾滴具有较高的质量的情况下,喷头还具备较大的雾化量和较广的喷雾范围以满足大规模雾化栽培的生产需求,本课题根据Hartmann谐振腔的基本理论以及超音速气体雾化喷嘴的工作机理,设计并制造出一种不仅能够雾化出具有较高质量的雾滴,还具备较大的喷雾量以及较广喷雾范围的带有L型双级共振管的低频超声雾化喷头,其由拉瓦尔管和L型双级谐振腔组成。进一步利用计算流体动力学瞬态数值模拟的方法,参数化地研究了谐振腔长度和两级谐振腔中心轴线的夹角与谐振腔的谐振性能之间的关系,通过所得到的结论来确定部分关键参数从而指导设计喷头。利用控制变量的思想,在其他条件参数相同时,当两级谐振腔的长度为其管径的两倍时,谐振腔内的气体波动较为稳定、谐振频率较高、谐振性能较好,此种条件下压力波动的幅值也较大,对输入能量的利用情况最好,能量的利用率比较高。数值模拟仿真结果还表明,当两级谐振腔中心轴线夹角为80°时,两级谐振腔的谐振情况较为一致,共振频率相对较高,压力波动的振幅比较较大,谐振性能较好。通过数值模拟仿真所得到的结论,所设计并制造出的L型双级谐振腔的长度选为管径的两倍;为了降低流动损失,提高能量的转换效率,设置谐振腔的管径与拉瓦尔管出口直径相等。在此基础上,对较难确定的最优两级谐振腔中心轴线夹角的值,则进一步通过制造喷头以及L型双级谐振腔样机组来确定。试验结果表明:(1)喷头的结构和关键尺寸会导致供气系统对供液系统有较大的影响,具体表现为系统供气压力的增加会导致系统供液压力的增加以及供液流量的减少;(2)在一定的供气压力下,带有两级谐振腔中心轴线夹角不同的谐振腔的喷头所雾化出的雾滴粒径随夹角的增大呈现先急剧降低,然后逐渐保持平稳的趋势,此时雾滴粒径减小的速度减缓,而在夹角为80°时,雾滴粒径值可达到12.7μm(供液温度10℃)和11.4μm(供液温度40℃),此时的雾化量约为1.7L/h,继续增大夹角到90°时,雾滴粒径整体有所增大;(3)供气压力为0.3MPa、0.4MPa和0.5MPa时,L型双级谐振腔式低频超声雾化喷头的雾化角均大于带可旋涡流叶轮的阶梯腔式喷嘴,在0.5MPa时雾化角差值为10.21°;(4)在各个供气压力下,L型双级谐振腔式低频超声雾化喷头整体的喷雾距离远大于带可旋涡流叶轮的阶梯腔式喷嘴,喷雾距离的比值约为5:1~6:1之间。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S491

【参考文献】