噴嘴知識
環孔霧化噴嘴設計參數的研究
更新時間 2025-05-09
閱讀 0
在氣流霧化制粉及噴射成形制坯技術中, 霧化噴嘴是使霧化介質獲得高能、高速的核心部件, 也是對霧化效率及霧化過程穩定性起重要作用的關鍵部件 。高壓氣體經霧化噴嘴后轉換成高速氣流, 高速氣流沖擊低速的金屬或合金液流柱, 使之霧化, 并且要求霧化成的液滴形狀規則、尺寸細小及分布集中, 因此設計結構合理的霧化噴嘴是獲得好的霧化效果的前提。
霧化噴嘴設計參數主要有霧化介質的種類和壓力、霧化噴嘴氣流出口截面積和噴射頂角等, 并有對霧化頂角從90度到30度之間每隔15度為一個變化值進行霧化銅合金粉的試驗報道 。本文將通過霧化氣流流動的理論進行分析以及研究環孔霧化噴嘴設計參數, 旨在為設計環孔霧化噴嘴提供相關理論計算。
霧化氣流流動的理論分析
1、霧化氣流沿流線流動的能量方程假設霧化介質為可壓縮氣流, 為方便討論氣流經過霧化噴嘴出口處的流速v1 , 將霧化器等效地示于圖1。分別在霧化噴嘴空腔內和氣體出口處選取截面A-A 和B-B , 且氣流在霧化噴嘴空腔內AA處的壓力為p 0 , 在B-B 處的壓力為p , A t 為B-B 處的截面積。
壓力為p o的氣流經截面B-B 流入壓力為p e 的環境, 當把這個過程的流動近似地看作連續( 即氣流充滿整個管道, 且管道不吸氣也不漏氣) 而且穩定流動, 并忽略位能及摩擦力所做的功時[ 11] , 那么氣流沿流線流動的微分方程可表示為[ 12] :
dv2 / 2+ dp / p= 0 ( 1)
由于氣流在環孔或環縫處的流動時間很短, 視
為絕熱流動, 并考慮到氣流的可壓縮性( 氣流密度常數) , 有 :
p / pk= 常數( 2)
將式( 2) 代入式( 1) 積分得到可壓縮流體的能量方程( Bernoulli 方程) :
v21
/ 2= ( v 22
) / 2+ [ k/ ( k- 1) ] [ p 0 / 0- p / ] ( 3)
式中: k 為氣流的壓容比; v2 為AA 截面的霧化氣體流速, m/ s; 0 為霧化噴嘴空腔內的氣流在溫度為T0 及壓力為p 0 時的密度, kg/ m3。
2 、 環孔霧化噴嘴設計參數的分析
圖2為環孔霧化噴嘴結構簡圖 , 在一個軸對稱的環形高壓氣腔底部均布若干半徑為R0 的噴孔, 噴孔軸線NF 與霧化噴嘴主軸線OF 的交角稱為噴射頂角; 以OF 為對稱軸的兩噴孔中心距離D稱為節圓直徑。由此可知, 設計環孔霧化噴嘴時, 須研究和計算這些參數。
dv2 / 2+ dp / p= 0 ( 1)
由于氣流在環孔或環縫處的流動時間很短, 視
為絕熱流動, 并考慮到氣流的可壓縮性( 氣流密度常數) , 有 :
p / pk= 常數( 2)
將式( 2) 代入式( 1) 積分得到可壓縮流體的能量方程( Bernoulli 方程) :
v21
/ 2= ( v 22
) / 2+ [ k/ ( k- 1) ] [ p 0 / 0- p / ] ( 3)
式中: k 為氣流的壓容比; v2 為AA 截面的霧化氣體流速, m/ s; 0 為霧化噴嘴空腔內的氣流在溫度為T0 及壓力為p 0 時的密度, kg/ m3。
2 、 環孔霧化噴嘴設計參數的分析
圖2為環孔霧化噴嘴結構簡圖 , 在一個軸對稱的環形高壓氣腔底部均布若干半徑為R0 的噴孔, 噴孔軸線NF 與霧化噴嘴主軸線OF 的交角稱為噴射頂角; 以OF 為對稱軸的兩噴孔中心距離D稱為節圓直徑。由此可知, 設計環孔霧化噴嘴時, 須研究和計算這些參數。
( 1) 依據對氣流在霧化噴嘴內的流動分析以及氣流運動方程及能量方程的聯立求解, 得到了氣流在霧化噴嘴出口速度及質量流率取得極大值時的解析表達式, 導出了環孔霧化噴嘴氣流出口截面積與其空腔截面積及霧化壓力的計算關系式。
( 2) 通過對霧化氣流噴射參數的研究及環孔噴嘴設計參數的分析, 建立的從霧化噴嘴噴射出的氣流流速與霧化噴嘴氣流出口半徑、噴射距離、噴射頂角及節圓直徑的變化關系式, 為霧化噴嘴的設計計算提供了依據。
( 3) 提出了在環孔噴嘴上設置導液管護套, 可保障霧化噴嘴的同心度不發生偏差。
( 2) 通過對霧化氣流噴射參數的研究及環孔噴嘴設計參數的分析, 建立的從霧化噴嘴噴射出的氣流流速與霧化噴嘴氣流出口半徑、噴射距離、噴射頂角及節圓直徑的變化關系式, 為霧化噴嘴的設計計算提供了依據。
( 3) 提出了在環孔噴嘴上設置導液管護套, 可保障霧化噴嘴的同心度不發生偏差。
關鍵詞語：霧化噴嘴,霧化氣流
頁面主題：環孔霧化噴嘴設計參數的研究
