基于ANSYS的噴霧器噴嘴流場仿真研究【含有限元】【說明書+CAD+PROE】

基于ANSYS的噴霧器噴嘴流場仿真研究【含有限元】【說明書+CAD+PROE】,含有限元,說明書+CAD+PROE,基于ANSYS的噴霧器噴嘴流場仿真研究【含有限元】【說明書+CAD+PROE】,基于,ansys,噴霧器,噴嘴,仿真,研究,鉆研,有限元,說明書,仿單,cad,proe 噴霧器的原理及開發(fā)設(shè)計 南京水泥工業(yè)謾計研究院蔡玉良 一、概述 噴霧器(噴射器)是近幾十年來噴射流體力學(xué)原理應(yīng)用研究最具代表性的產(chǎn)品之一，其 應(yīng)用覆蓋著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個方面，例如工業(yè)高溫化學(xué)反應(yīng)爐用的各種噴霧式燃燒器、降 溫保護噴霧器、除塵噴霧器、干燥噴霧器、高速粒子切割噴射器、高速噴涂器、清洗及滅 火噴射器以及農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的各種農(nóng)藥噴霧裝置等等，由于其應(yīng)用的目的不同，操作過程的 差異，使其結(jié)構(gòu)存在著較大的差別，但均基于流體噴射原理對于建材行業(yè)，也有多方面的 應(yīng)用。例如為提高系統(tǒng)的收塵效率而設(shè)計的增濕塔噴霧器為保護水泥產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計的 水泥磨內(nèi)噴霧器為在突發(fā)事故中保護高溫設(shè)備的安全運行而設(shè)計的各種噴霧器(篦冷機 內(nèi)的噴霧器、高溫設(shè)備保護噴霧器等)和為提高燃燒效率所設(shè)計的各種燃燒器等等。由于 設(shè)備的應(yīng)用目的不同，因此在設(shè)計中，也有所側(cè)重。 =、目前可用于水泥行業(yè)中各種噴頭的結(jié)構(gòu)和性能描述 目前水泥工業(yè)中使用的噴頭，就其原理有。帶回流和不帶回流的機械壓力式霧化噴頭、 氣液混合(內(nèi)混式和外混式和中問混合式)氣霧式噴霧器，沖擊分散式噴頭、聲波分散式 噴頭(聲源可以由空氣流產(chǎn)生或采用電磁震蕩產(chǎn)生)。就噴出的霧化形狀又有空心錐形和實 心錐形兩種，為了達到較好的霧化目的和霧滴的空同的分布特性，常常采用組臺式噴頭。無 論是用于調(diào)節(jié)粉塵比電阻除塵，還是用于設(shè)備的降溫保護、產(chǎn)品質(zhì)量控制、液體燃料的燃 燒，均需要噴出的霧滴在空間上分布的均勻性和霧化液漓的均勻性。實踐與研究結(jié)果表明， 空心錐噴霧和實心錐噴霧，均可以滿足生產(chǎn)過程中的工藝控制和調(diào)節(jié)的需要，只是不同的 應(yīng)用場合應(yīng)有所側(cè)重，在開發(fā)設(shè)計時應(yīng)依據(jù)具體的條件和情況酌情考慮。表1介紹了目前 技術(shù)市場上出現(xiàn)較多的各種噴霧器結(jié)構(gòu)形式及其基本參數(shù)情況和應(yīng)用環(huán)境， 三，霧化噴頭的基本原理 表1中各種噴霧器的構(gòu)造和霧化的過程以及依靠的原理是不相同的，但它們均有一個 共同的過程，造成需霧化流體強烈的相對運動，從而產(chǎn)生了強大的摩擦力，以克服液體表 面的張力，把液體撕成極細微的霧化液滴，達到霧化的最終目的。 1離心式噴霧器的原理 對于機械壓力式霧化噴頭，無論霧化結(jié)果形成的是空心錐噴頭，還是實心錐噴頭，均 是依靠一定形狀的導(dǎo)流體造成流體旋轉(zhuǎn)以形成離心力或噴射造成的圈吸和回流，使得噴出 的液體與外界環(huán)境中的氣體產(chǎn)生強烈的相對運動。從表1中的對比分析和研究可知，多數(shù) 的噴霧頭，如帶回流和不帶回流以及恒壓式機械離心霧化噴頭，均具有離心旋流的特征。也 即在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，多采用導(dǎo)流體或切向?qū)Я鞣绞叫纬尚鲊娚?。旋流較強的噴射所形成的 200 霧狀結(jié)構(gòu)為空心霧錐形，旋流較弱或無旋的噴射所形成的霧狀結(jié)構(gòu)為實心錐形。一般情況 下，前者所形成的液滴在垂直噴射方向的平面上分布是不均勻，而后者是均勻的，但實際 應(yīng)用中并不嚴格要求平面上分布的均勻性，而是 要求空間分配的合理性，以有利于空間物理場 (濃度場，溫度場等)調(diào)節(jié)的均勻性。 (1)機械離心式霧化噴頭的數(shù)學(xué)模型 離心噴頭是噴霧器中的重要結(jié)構(gòu)形式之一， 從前面的分析中不難抽象出如圖1所示的離心 霧化噴頭的理想結(jié)構(gòu)模型，而后根據(jù)質(zhì)量守恒、 能量守恒、動量守恒原理得出如表2所示的數(shù)學(xué) 模型和各變量之間的數(shù)值圖形關(guān)系t 伊p山 田1膏心霧化噴頭麻理田 襄1各種結(jié)構(gòu)的嘖頭比較與對比分析(均以水為噴射介質(zhì)) 類 站梅示意田 基車性能參數(shù)及描連 結(jié)構(gòu)及應(yīng)用環(huán)境 1帶麓漉葉片機械霧化磧頭1 1供承壓力一般10tOkgcm2 (bar)稠飄藤瀾 2噴嘴直徑156Omm 結(jié)構(gòu)倚單，噴霧狀態(tài)為空 3磺水量。3501500kh(無回 心惟型，葬化教冪受供水 來) 壓力的髟響較大主要用渺幽剡 4作用長度r1200m 于要求不高的場所 5寡化角度r 4575。 f 6霧化粒度l 160350Fm 2離心式空心儺噴頭日 1供水壓力一般104dhcm2 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，噴霧狀態(tài)為 機 2噴嘴直徑156mm 空心惟型，霧化效果受供攮 黛翹 3噴水量l lOO820lh 水壓力的影響主要用于 導(dǎo) 。嚆 5霧化角度t 4661 插所藏 4作用長度r1000m 管道降溫廈要求不矗的 壓 6-霧化粒廑l 1BO300腳 力 鼻 3切向式空心椎噴頭腳 1供木壓力一般20kgcm2(b盯) 化 常為I 225kgcm2 結(jié)柯較復(fù)雜、畸霧狀態(tài)為 式 。國7 霸噴嚏直徑o5Smm 空心錐型，霧化效果受供 囊 3疃水量：24250lh 水壓力的髟畸，主要用于 4作用長度1000m 管道陣溫及要柬不高的 頭 降溫保護垢所5霧化角度一15135+ 6霧化技度150400m 4異流體半空心椎碴岳口 1供永壓力一般20-45kgcm2圈 2磧嘴直徑2535mm 結(jié)構(gòu)簡單噴霧狀態(tài)為空 3噴水量89146kgh 心惟型，霧化教果受供水 4作用長度l1800m 壓力的髟響，主要用于疊 5霧化角度，1565 。 求不高的降沮保護場所 6霧化粒廢150350血 、 201 續(xù)裹 樊 鑄構(gòu)示意圖 基奉性能參敷廈描述 結(jié)構(gòu)及應(yīng)用環(huán)埴 5帶回水機械式霧化疃頭n 1供水壓力一般20501蛆r 2噴嘴直徑157Omm ， 結(jié)椅較復(fù)雜、舞霧狀卷為 機 畫鏖 3蟹水tl 3502100kgh(玉回求 小空心錐囊，用于冷卻 時) 機增濕塔、風(fēng)警內(nèi)降溫 4作用長度：1200m 廈煤粉燃燒器內(nèi)燃油點 5霧化角度：15135。 火裝置 6霧化粒度l 80120【m 械 導(dǎo) 6帶回承機械式霧化磧頭“ 1供水壓力一般2050br 藏 2噴嘴直徑157Omm 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，內(nèi)部有一麓壓 酒， 3，聵水量t 3502100kgh(無回永 轉(zhuǎn)體可改善噴霧的形狀 力 時) 甩于冷卻機、增皿塔爰風(fēng) 霧 4作用長度；1000nI 管內(nèi)或者其他相關(guān)垢合。 化 式 5算化粒度r 80120pm 曩 7恒壓回承機槭式霧化噴頭叫 I供水壓力一般2050bsr 回術(shù)壓力不影響噴寡效 頭 2噴嘴直徑157Omm 果但其結(jié)皋較復(fù)雜，用贏需 氫噴水量：250250kgh(無回木 于增強塔、冷卻機爰風(fēng)蕾 時) 內(nèi)的降溫保護，也可用于瀚影幽 4作用長度1000m 煤耪燃燒器內(nèi)艟油點火 豇霧化粒度：80125腫 裝置。 8內(nèi)混式氣霧噴頭7】 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，從導(dǎo)管噴出 1供氣，承壓力一般25kgfem2 的木藏，沖擊到鈍體上。固 2噴庸外直徑457Omm 形成水花，充蒲整個混臺 3噴水量t O2000kgh(無回水) 腕體，髂后和高建噴出氣 4作用長度：1500m 流穗臺噴出程音腔。噴莽戚氣溶腔狀杰用于水泥 5霧化粒度l10q腳 ： 磨及增醒塔快蓮降瀑櫥 氣 所 藏 9外混式氣霧噴頭目 挹 1供永壓力一般310虹fcm2 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、噴霧氣溶腔 狀矗用于承泥磨爰增澄 臺 磷 2噴嘴直徑157Omm 塔快遺降溫場所，用于木盤 (bar) 氣 3噴水量o1200kgh(元回水) 坭磨內(nèi)可適當(dāng)防止因水 霧 4作用長度l1200m 泥水化造成的堵塞辭同 5霧化粒度f100n 鼉 畸 頭 10中間混合式氣霧囊頭 I供承壓力一艘2050kfcm。 結(jié)柑較復(fù)雜、曩霧角度不 (bar)露 2噴嘴直徑157Omm 隨操作過程變化主要用 3靖水量O1800kgh(元圊木) 作姑油系統(tǒng)的燒，同時 4作用長度l1200m 也可用于木泥膏及增顯 塔快速降置場所 5霧化粒莊l120pm 續(xù)衰 類 結(jié)構(gòu)示意田 基車性能參數(shù)盈描述 結(jié)構(gòu)及應(yīng)用環(huán)境 11氣動聲渡式氣霧噴頭1m 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、需氣源和韭 振腔產(chǎn)生共振糠以破壞 藏體的表面張力達瓢霧 1-供氣操作壓力一般25kgf 化的目的，操作壓力低、噴霧戚氣藩腔狀志適用 畝 耐 于增濕塔聵水和快速降 垃 2承壓力一般也25k窖fcm2 溫場所，不宜用于燃燒和 共 3噎水量l 2501000kgh(無回 高粉塵場合。 振 12氣袖聲波式氣霧噴頭2日 采) 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、氣藏共振腔 組 4作用長度：1500m 在噴頭的內(nèi)部水藏以求 音 5霧化粒度，1001=m 膜的形式漉經(jīng)共振腔體。 操作壓力低，噴霧成氣溶 式 腔狀志，適用于增濕塔畸 氣 求和快速降溫場所 霧 曩 1 3機電聲潑式氣霧噴頭伽 需要專門設(shè)計的機電超 頭 越 i供水壓力一般o5kgf咖2 聲換柏器和聲變輻桿構(gòu) 2超聲期率范圍lokl-lzlMHo 成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、利用超 3功率根據(jù)聵木量設(shè)計 聲波“破壞痕體的表面張力、達到霧化的目的。 4霧化粒度可通過撬車和功事對霧 適用于操作控制要求較 清太小及分布進行精確控制和調(diào)節(jié) 高的場所。操作壓力低， 能耗小，不宜堵塞 l軋機槭轉(zhuǎn)盤式離心霧化噴頭啪 結(jié)構(gòu)一般、由電動機帶動 機 。醬孵翹， 1供木壓力一般02kgfcm2 的高建旋轉(zhuǎn)的分東鼠楚 和噴腔組成峨頭一定壓2轉(zhuǎn)盤周轉(zhuǎn)建度大于5ms以上，通 力的承進入高速旋轉(zhuǎn)的 分散鼠籠后，水在離心力械 氆 3霧化艷在無震苗時應(yīng)選霸7500 和鼠籠壁的作用下。分散轉(zhuǎn) 常為90l$Oms- 盤 到所需的查問內(nèi)以達到 式 8000rpm 霧化的目的。主要用于對 和 霧化要求不高的場所。 沖 擊 15機械沖擊式霧化噴掣1 式 ， - 沖擊式氣霧舞頭和氣動 霧 霧化噴頭相當(dāng)t氣體和液 化 液體通避 1操作壓力木，氣一般為28kg 體同時沖擊到饋體上。達 fcm 到掖體霧化的目的水泥 2霧化粒度15即ml 工業(yè)中不多用一般主要 3其它基本和上述氣霧畸頭榴當(dāng) 用于千爆或其他相暮工 噴 遒 藏件通道 業(yè)中 頭 ： 裹2噴霉器各結(jié)構(gòu)數(shù)與操作參數(shù)閆的關(guān)系式嘲 1 計算式 ”一燾 加1一魯 凈等 ts；詈 N專+禹 ”=譬 p噴出藏體藏 卜槔霧化角 唧一由旋譴造 卜霧化囂的幾 r噎頭的操作 量 口廣噴口處切向 符號說孵 rp一噎出口半 成空氣湃半徑 何特征罩散其 建度 一為藏量系缸 壓力 f一有效截面積 中。_見上 其它同前 聲一噴射舟囊密 徑 鞏一疃口婭軸向 系最 母 度 竹一當(dāng)量流盞 速度 203 續(xù)表 阿索拉莫維奇根據(jù)離心霧化罄的最太流量理論 等-o導(dǎo)出了 卜土蘭 4專州幅心導(dǎo)一糕 對應(yīng)值的數(shù)值關(guān)系如圖所示t 捌 鼉 ：j：二： n 02。0 4l霍。0 工010 80 100 上述數(shù)學(xué)模型是一種純理論的數(shù)學(xué)模型，小林清志o】，根據(jù)上述原理，對于銳角噴嘴進 行了實驗研究，經(jīng)過實驗統(tǒng)計分析得出其流量系數(shù)妒與其旋渦室特性值五；1#有如下關(guān) 系： 妒=一扣培(21s害若各exp-，R 銳角噴孔噴出的霧滴的霧化角度口也與旋渦室特性參數(shù)置值有關(guān)，根據(jù)實驗統(tǒng)計結(jié)果，霧 化角度日可以表示如下： 口=180。一2arctgK137+269exp(-492i2rc) 理論上霧化角度口為0180。，實際上由于噴流擴散和摩擦損失，霧化角度口一般在0140。 范圍內(nèi)。 (2)機械離心式霧化噴頭的霧化效果模型 前人經(jīng)過大量的理論分析和實驗研究。得出了適合不同情況和結(jié)構(gòu)的機械式離心霧化 噴頭的效果評估模型如表3所示。 一上述離心式霧化噴頭的效果評估模型，均是半理論，半經(jīng)驗的模型，因此在引用時一 定要注意其使用范圍和有關(guān)參數(shù)的選擇及單位。 (3)模型的探討 在上述模型研究的基礎(chǔ)上，采用非線性規(guī)劃的方法，結(jié)合具體的實倒，將其參數(shù)圖形 化，能更直地觀察其變化趨勢。 目標單元格 a=abs【tg L2害篇南一。 約束條件單元格t見表2中的有關(guān)等式和表3中的相關(guān)計算式及其適用范圍t 采用office 97提供的有關(guān)非線性規(guī)蚓處理方法，其計算結(jié)果如表4、表5。 從計算結(jié)果(表5)及圖2所示中不難看出，在可行的范圍內(nèi)，由于其模型表達的意義 有所差別(見表3)，因此其計算結(jié)果也有較大差別。在同樣的條件下，記數(shù)液體平均徑大 于單位體積表面積平均徑(即d。d)，在變化趨勢方面，Orr離心式(空心錐)變化較快， 隨著噴口直徑的增大，其霧化效果，衰減得比較快，而采用切線離心式噴頭效果估算模型 和采用葉片式評估模型，其變化趨勢基本一致，但離心式效果比葉片式要好 。 204 肇嘿靠謦 衄曲卜r卜rr匕pII三二是一 一 一 一、l 一 一 ，I r二E1-T廠1魯心1卜rrKI卜kp土輦一 l O O O 0 O O O O O O 裹3經(jīng)各種噴頭進行霧化的液蒲大小的估算公式匯總寰-m】 類 離心壓力式霧化噴頭效果估算式 常量廈參數(shù)說明 切向引人式噴頭的估算式 卻一藏體從膏噴孔噴出的平均藏，(mA) d。一噴嘴縮口直徑，(ram) d=11260(d而doi+。塒)一(3。9_j。一0030s*) “l(fā)口的切向平均漉逮，(ms)-d”單位體積表面積平均徑(哪) 旋藏葉片式的估算式 正尸噴嘴壓差f d。=1569警一FNs。 o一噴嘴孔截面積(cmz)卜流量系數(shù) 壓 空心儺式噴嚆霧化破頭估算式(Orr1966) 力 D葉一以粒數(shù)計藏漓的體積平均徑。(m) 式 島一噴嘴縮口直徑(m)1 鼻 109一(魯)=A坩+BXZ+C 0l一藏體流量m3s# 尸IP1一氣體及液體密度(kgm3)I 牝 矧wRe，斛引l t,=Q-L硝 脅堆體舯動力轱廑(PaB)， 噴 口一液體的表面張力(Nm)I 岳 m一墮筍一T,YtTJjte(導(dǎo)卜-=垂學(xué) #-最大噴葬錐頂角 A=-0144I B=0702#C罩-125=02類 6=12-0 075600720Nm(025) ， 實心錐噴嘴噴出霧漓估算式伽 D=-浪濤的質(zhì)量中位粒徑(腳) ；d=I92麗)vr*T2(+學(xué))(畢) 腳一氣體的動力牯度(Pas)研一氣體與液體闖的相對速度(ms) 使用范圈；(向高超氣蔭中噴霧所形戚的籌清)聃=60300ms， 饑一液體的噴出建度(ms)- 一o7442kgm3I n一1230ms!dm=19118pml n； dr一噴嘴鰭口直徑(m)I ，Pl一氣體及浪體密度(kgm5)(33113)103Ps一8I do=(1z一5)103m 襄4廉始數(shù)據(jù)廈控柵目標 藏量 液體密度 堆體黏度 表面張力 ts(旦) 霧化角度 特征參數(shù) 流量系教 有效截面系數(shù) 控制變量 珥 口 廬 d 05 9985 89E一04 o072 052057 55。 m 5958 O559839 073469522 182B-07 th kg一 PB8 Nm m 裹5計算結(jié)果 類別 1 2 3 4 5 6 7 B 9 10 11 噴嘴口徑 15 2 25 3 丑5 4 45 S 采5 ，6 工作壓力 5050 1003 317 13O 63 34 ZO 12 08 06 04 軸向噴建 2407 1070 602 385 267 195 150 119 96 80 67 切向碴建 1253 55，7 313 20O 139 102 78 62 5O 41 35 參教眠 803E+05 2tE+05 1oE+05 51E+04 3啦+04 187E+04 126E+04 8B2E+03 643E+03 483E+03 m 72E+03 冒請矗島 27E+05 1盹+05 l 4E+05 1，1E+05 9。E+04 7誣+04 6SE+04 602E+04 5蛆+Ol 9E+04 4疆+M 參教z 519 494 476 463 452 442 434 427 421 415 110 理論式 3220 7418 1309 20047 28145 37261 47289 58139 69738 82020 94927 離心式口k 128 1224 2896 4590 6厶25 7B6l 9豇77 11453 13569 16010 18B75 葉片式D。 6677 9452 12095 14645 171，22 19541 21910 24238 26529 28787 31016 叫orr空離公式1 一離心式 I 旋流葉片彭仁 l I l升I l If l I I叮l l一 一 一聲習(xí)11 L 一 。，一 ，寸rl I | | 一| 、 2 25 3 3545 5 5，S B 2 26 S 35 4 45 5 55 6 噴嘴直徑C0 噴埔直徑(一) 350 30j0 2S0 200 150 100 So 00 女 童 畬 萎 )噴嚏直徑與霧化粒度的關(guān)系 (b)噴嚏直徑與操作壓力的關(guān)系 圖2計算結(jié)果趨勢圖 2氣液混合式氣霧噴頭的原理 對于氣液混合式氣霧噴頭，無論是內(nèi)混式、外混式還是中間混合式均是依靠兩種流體 的相互作用，以克液體的表面張力，造成液體分散的同時，氣體也起到隔離了液滴再次聚 合形成較大液滴的可能，以迅速形成氣溶膠，達到霧化的目的。氣液混合式氣霧噴頭也是 噴頭中的一種重要噴頭形式，除此之外，它多和沖擊式原理、離心旋流式原理、葉片導(dǎo)流 式原理等一起混合，構(gòu)成復(fù)合式霧化噴頭。該種類型噴頭的優(yōu)點是適用范圍廣、操作彈性 極大、制造簡單，維修使用方便。但由于該種噴頭在噴霧的過程中加入了壓縮空氣源，從 而使得動力消耗有所增加，動力消耗相對稍大。 (1)氣體流動及霧化所需空氣量的確定 一般情況下，氣霧式噴頭所用空氣均是具有一定壓力的可壓縮空氣，對于噴頭的壓縮 空氣的流動其氣體的流速一般在100ms以上，氣體在噴頭內(nèi)的流動所經(jīng)歷的時間較短，可 以將其看作是一維的絕熱流動，同時因氣體在噴頭內(nèi)行程的距離也很短，因摩擦造成的影 響較小，可近似地認為其過程是可逆的。即將噴頭內(nèi)的氣體流動看作是近似的一維等熵流 動，采用此種處理方法。巳完全能夠滿足工程設(shè)計計算精度的要求。 根據(jù)一維等熵流動所遵守的基本方程(如表6)； 裹6氣體一壤籌埔旅動方程組 類捌 連續(xù)方程 詁量方程 能量方程 蕁墑方程 氣森方程 dp如dA 譬+幽=。 d+t-d珥0 dJ=0 pp盯形式1 p。FA” 形式2 pnA宣常鼓 警+等=常教 +車。常藏 ，-常鼓 舌=常鼓 根據(jù)上述方程組：不難得出噴口前后兩截面問關(guān)系t 鏢=裝r，象：勰甕r 0 O 0 0 O 0 O 0 0 O 0 啪螂啪啪啪啪柵|猢m o 冒憾霉暈心 等-f等廣；篡；糖等r 式中 量一氣體的物性參數(shù)，量；囂=爰=14； - 為仉=(荔)。虧佩，因而常溫(25)條件下氣體的音速為仇=201i Pt目=!譬一m(1+) l=雌1+o202M地arx“5 氣 體 霧 化 疃 頭 類 氣體內(nèi)挹式霧化噴熹的霧化教景佶算式(19fi6)厶一掣(吾)“+53,4X106(。老)“5(是)1。 ， 使用花墨， A盅7001200kgm8I d-(1973)x10一。Nm pi=3lO一510一午一饑叫100300msI 氣律井混式霧化晴岳的霧化效果估算式嘲(1938) d=2600(甏)f忐)r h一氣體噴出逮度(ms) o，島液體、氣體的流量(m3e)， 如霧化粒廖(pm)f 如一掖滴的質(zhì)量中位粒徑(pm)I M、帆分捌為液體和氣件的質(zhì)量流 量(kgh) 婦氣體的質(zhì)量藏事(kglm：8) (3)過程與模型的討論 207 同理，采用非線性規(guī)劃的方法，對其進行討論如下t 目標I=P崎BQt，min 約束條件：abs(d*一如_)=o，加上述模型的限制條件及其他約束。 結(jié)合具體的內(nèi)混式噴頭(結(jié)構(gòu)見表1)為例，在滿足霧化效果的條件下，當(dāng)噴頭噴水量 為05th時，其計算結(jié)果繪制成曲線如圖3所示： 番14 旱12 羹 i 6 窿彰 kLLL白jJ LLLL_IJ一 瞬篡 35暴 30早 25譬 2遣 15皇 108 乩鉗器器?勞舞to甚 向混合室的噴口面積(c一) 18 16 14 12 10 08 06 04 02 氣體噴掘臺室的噴口面積(c-2) 圖3氣體霧化式嗑頭壓縮空氣量及操作壓力確定的關(guān)系圖 (a)噴逮范圍為300100ms情況 (b)噴遺為lOoms情況 對于上述內(nèi)混式噴頭，由于其適用條件的限制，因此必須分段處理，圖3a當(dāng)噴入混合 室內(nèi)的氣速在300lOOms時，其霧化粒度比較細(64“m)，壓縮空氣的功耗也較高，對 于要求不高的場所，沒有必要采用霧化到64zm以下。對于水泥工業(yè)用，霧化粒度小于 100pm，就足以滿足工程使用的要求，同時也可以節(jié)約能量消耗，圖3b是噴人混合室內(nèi)氣 流速度為lOOms，操作時有用壓力為1483kgfcm2時的霧化效果曲線。從圖中不難根據(jù) 要求，在噴水量為05th時，不難確定壓縮空氣的使用量和有效壓力參數(shù)及內(nèi)部氣體噴日 的大小等，為其結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了必要的數(shù)據(jù)。 3聲波式氣霧噴頭的設(shè)計 i 聲波式氣霧噴頭又分為氣動式聲波氣霧噴頭和機電抉能式聲波氣霧噴頭，主要利用了 聲波的機械機制和聲波的空化機制。目前兩種氣霧噴頭尚在發(fā)展中，暫缺少理論的或經(jīng)驗 的效果評估模型，為該種噴霧器的普及應(yīng)用帶來了一定的難度，特別對于換能式霧化噴頭， 由于機電換能和超聲變幅桿的造價較高，僅用于霧化控制要求較高和附加值較高的技術(shù)場 合。 (1)氣動聲波震蕩式氣霧噴頭 氣流聲波震蕩式氣霧噴頭和氣液混合式氣霧噴頭就外觀形式差不多，但其主要依靠的 原理卻有本質(zhì)的區(qū)別。氣流聲波震蕩式是依靠高速運動的氣流，沖擊到一個特制的氣流共 鳴箱內(nèi)，造成氣流共鳴，以發(fā)出聲波，同時液流通過聲波共鳴區(qū)后，造成水流共振。達到 破壞水的表面張力，形成霧化的目的。隨著氣流壓力的不斷增大，噴出氣流速度的提高，導(dǎo) 致共鳴頻率的增加，聲波能力的加劇，其霧化效果越好。但能耗也相應(yīng)提高。 如圖4所示是Cahon氣動式超聲發(fā)聲器和Hartman氣動式超聲發(fā)聲器r?！浚咚贇饬?沖擊到共鳴箱內(nèi)，造成鍋流返回，與來流氣體造成劇烈的噴撞和顫動，從而產(chǎn)生一定頻率 的聲渡，一般情況下，該種聲波發(fā)生器產(chǎn)生最高的頻率小于70kHz。對于水泥工業(yè)用聲波噴 208 (10惻辯皋蛛 呷釋墨(Ie世輯薯琳簟饕s：ms；m蝴蠶；枷咖刪渤m吼N繇每前倒期謦堆r 霧器，用于造成聲渡的氣流噴出速度一般控銣 在亞音速區(qū)，基本能夠滿足生產(chǎn)設(shè)計要求。表1 中給出的兩種聲波霧化噴頭，實際上是Cahon 和Hartmsn氣動聲波發(fā)生器的原理的應(yīng)用。 (2)機電挾能聲波氣霧噴頭 據(jù)有關(guān)資辯介紹gill“。該種噴霧器的噴頭 結(jié)構(gòu)較為簡單，超聲變幅桿本身就是噴頭，外加 機電超聲換能器構(gòu)成，液體由中間的導(dǎo)管供給， 并使其浸沒過變幅桿的振動端面。該種噴霧器 的霧化粒度分布均勻，便于調(diào)節(jié)和控制。 4機械沖擊分散和轉(zhuǎn)盤霧化式噴頭 機械沖擊分散式霧化噴頭，是依高速噴射 的流體沖擊到鈍體或特殊結(jié)構(gòu)的擋板上(擋板 可以是固定的也可以是高速旋轉(zhuǎn)的多溝槽的擋 板)，達到破壞水的表面張力和霧化水的目的 圖4氣體超聲波發(fā)生囂原理田 ()Galmn氣缸式超聲盅聲器犀【理翔 (b)Hartm柚氣動式趨聲燕聲囂原理圈 (如表8所示)。表8為轉(zhuǎn)盤式霧化噴頭效果評估模型。 寰8轉(zhuǎn)盤式霧化頭效果估算模盈ix” 帆棱轉(zhuǎn)盤式噴頭的霧化敢果的估算式(1952) 凼廣蕞滴體積平均徑(蛐1) 轉(zhuǎn) rd一轉(zhuǎn)盤半徑 盤 百d一l蕊M1)”(盞)”(籌)oI f1一特盤單位液體流量(kgm。)式 霧 ，廣一轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)敦(1，1) 化 麓甩范墨。608220(1e)I lo一3uz9(Pa5) 頭 n準體密度 1000：pl-1400kgms,007300099(Nm) 口一藏體表面張力 該類噴頭在水泥工業(yè)中用的不多，此處不多作介紹。 ， 四、霧化噴頭的開發(fā)設(shè)計 如何選用和開發(fā)設(shè)計霧化噴頭，應(yīng)立足于使用的目的、使用的場合、一次性投入資金、 操作靈活性、適應(yīng)性和維修的方便等方面的綜合評價上，根據(jù)目前的研究和發(fā)展趨勢。霧+ 化噴頭的開發(fā)、研究和設(shè)計，已由過去的單一原理的形式逐漸向著復(fù)合式原理方向發(fā)展，最 終的目的就是降低能量的消耗和獲得最佳的霧化效果。 1，離心式霧化噴頭的設(shè)計 根據(jù)工程設(shè)計的要求需設(shè)計一個噴出流量為500Lh，霧化角度為55。，霧化粒度 100pm的離心機械式霧化噴頭，并根據(jù)需要確定工作壓力。根據(jù)前面的程序。其霧化噴頭 的計算結(jié)果如圖5所示。 、 從圖5中不難看出，在噴水量滿足設(shè)計要求的情況下，要想保證噴出的霧化粒度小于 10雎m，其操作壓力不大于40kgfera2，其噴嘴的直徑為1822ram之間比較合適。另 外，如果霧化角度尚允許稍大一些在同樣的操作壓力下，還可得到霧化效果更好的霧化 噴頭。因此，在噴頭設(shè)計中，要多方綜合考慮和設(shè)計，才能設(shè)計出最為合理的噴頭，以滿 209 琥蹯礤 足生產(chǎn)控制的需要。 相應(yīng)其結(jié)構(gòu)特征參數(shù)見表4所示。 霧化噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在操作參數(shù)和噴頭幾何特征參數(shù)確定后，其噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計就 比較容易了。 。 噴嘴口直徑抽-) 岔 - 曲 尊 蜷 毒 震 出 世 撼 圖5噴嘴直徑與操作壓力和霧化效果的關(guān)系 2氣液混合式霧化噴頭的開發(fā)設(shè)計 根據(jù)工程設(shè)計需要，需設(shè)計一個噴水量為500Lh(138910“(rn3s)的內(nèi)混式氣 霧化噴頭，要求霧化粒度小于和等于10叩m，需確定氣體的需要量和操作壓力以及噴頭的 結(jié)構(gòu)參數(shù)。 根據(jù)圖3b所給出的05th噴水量的性能曲線，不難得出，當(dāng)霧化粒度小于10叫m時， 相應(yīng)氣體噴人混合室內(nèi)的噴口面積為93cm2(分兩個長方形孔15X31ram切向進入混合 式)，有效操作壓力1483kgfcm2。為了避免氣路和液路之間的返流，噴水嘴的有效操作 壓力也應(yīng)取為1483kgfcm2，通過能量轉(zhuǎn)換原理，可計算出噴人混合室內(nèi)的水流速度應(yīng) 為：17(ms)左右，從而不難算出噴水口的尺寸為3Z5(mm)，混合室的有效直徑確定 。為：以0(ram)，從混臺室(腔)內(nèi)二次噴出的霧化永氣流速度為80100mg，根據(jù)上述 結(jié)構(gòu)參數(shù)和相應(yīng)表1(子圖8)的圖形結(jié)構(gòu)，就不難設(shè)計出氣液混臺式氣霧噴頭。同時考慮 到流體壓力的沿程衰減，最終的設(shè)計壓力應(yīng)為2535kgflcm2比較合適。 3氣動聲波震蕩式氣霧噴頭的開發(fā)設(shè)計 氣動聲波式氣霧噴頭的設(shè)計是在(alton氣動式超聲發(fā)聲器和Hartman氣動式超聲發(fā) 聲器o”(如圖4所示)的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計的。設(shè)計的關(guān)鍵是共鳴箱體大小和箱體與氣流晴 嘴之間的距離，在共振箱體和氣流噴嘴之間形成有效合理的超聲場，同時讓水流在噴出后 也應(yīng)均勻地流經(jīng)超聲場，經(jīng)過聲場聲波的作用，達到破壞水流的表面張力，從而形成細小 液滴。通過調(diào)節(jié)氣流噴出速度和箱體與氣流噴嘴之間的距離，可以控制和調(diào)節(jié)液體的霧化 效果，根據(jù)Galton和Hartman氣動聲波發(fā)生器的原理圖4和表1所給圖例，加上必要的試 驗測試手段，就不難根據(jù)自己的需要開發(fā)設(shè)計出適臺自己要求的聲渡式氣體霧化噴頭。 210 冒3馨制毯輯摹挑 五、實驗測試與研究 理論與實驗研究結(jié)果表距，上述理論設(shè)計計算結(jié)果，雖與實際結(jié)果比較接近，但也存 在著一定的偏差，造成這一偏差的主要原因是由于實際過程中受流體牯性、流體與壁面以 及流體內(nèi)部均存在粘性摩擦損失，使得計算結(jié)果與實際過程存在著一定的差距(對離心式 噴霧器主要表現(xiàn)在參數(shù)妒和2口上)。為了更好地掌握和糖確地估算所設(shè)計的各種噴頭性能 和參數(shù)，對各種形式的氣霧噴頭的實驗研究是不可缺少的環(huán)節(jié)，以便通過實驗獲得第一手 資料，特別對于原理組合式氣霧噴頭和聲波式氣霧噴頭，有些仍在發(fā)展和探索階段，尚缺 少一定的技術(shù)資料和研究資料，難于掌握和有效的預(yù)測，開發(fā)設(shè)計者在開發(fā)設(shè)計過程中，應(yīng) 針對具體的噴頭，結(jié)合不同的使用介質(zhì)測定其霧化性能指標和有關(guān)參數(shù)，并通過分析和研 究，以尋求結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能指標之間的關(guān)聯(lián)，為進一步的開發(fā)設(shè)計工作積累經(jīng)驗，同時對 理論計算結(jié)果也可進行必要地修正，對噴頭進行進一步地優(yōu)化和性能考核與驗證，以求得 理想效果的氣霧式噴頭。 六，結(jié)束語 1本文通過上述的整理、對比分析和相應(yīng)原理介紹及部分側(cè)證的給出，意為廣大從事 生產(chǎn)與設(shè)計的工作人員提供必要的參考資科，并能針對自己的使用條件和要求，加以選擇 或自行開發(fā)設(shè)計。 2。系統(tǒng)的噴霧能否滿足要求，有一個性能良好的霧化唼頭固然是很重要的，但不能忽 視系統(tǒng)配套設(shè)備的選型與設(shè)計，良好的系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備的選定是保證系統(tǒng)最佳的工作條件。 3噴霧器的開發(fā)設(shè)計，要針對自己的需要，不能過分地追求霧化細度，好的霧化噴頭， 即要求有好的霧化效果，又要求有低的能量消耗，以保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟效益 4上述討論的噴頭均為單頭，如果要求的噴霧量大，可以進行必要的多頭組合，以滿 足生產(chǎn)要求。 參考文獻 時悖主稿，化學(xué)工程手冊上畚，化學(xué)工業(yè)出版牡1998，6 嚴興忠主綰，工韭防塵手冊，勞動人事出版社。198910 馮伯華主籀，化學(xué)工程，+第五卷?；瘜W(xué)工業(yè)出蕨社。1989t0 Gas conditiomngwithf|owbeck nozzlelance SPRAYlNG SYSTEMCO1992USA 扛旭昌辱管磨機)，中國建材工業(yè)出版社，199212 化學(xué)工業(yè)爐設(shè)計手冊，化工弗工韭妒設(shè)計技術(shù)中心，化學(xué)工生出版掛。198912 內(nèi)部赍料1996年 弗袷僚，魯鐘琪，藏體力學(xué)，機械工韭出版社，198411 馮若、亭化茂聲化學(xué)廈其應(yīng)用，安童科學(xué)技術(shù)出敝杜，19926 RPohoman n s1。UltraeonJcs 12(1974)11 21l 腳眥伽嘲咖嘶m 噴霧器的原理及開發(fā)設(shè)計 作者： 蔡玉良 作者單位： 南京水泥工業(yè)設(shè)計研究院 本文鏈接：http:/