旋流式喷嘴是常用的雾化喷嘴结构形式,内置旋芯装置是产生旋流的有效结构形式,与其他类型喷嘴相比较,它因结构简单、中低压雾化效果好而被广泛应用于消防,环保和化工等领域。针对内置旋芯旋流喷嘴,基于先进的喷嘴综合测试台和CFD数值模拟技术,本文围绕旋芯喷嘴的结构及流场特性,进行了数值模拟和实验研究。分析了旋芯喷嘴的结构特点和雾化要求,并对喷嘴结构参数进行了改进设计;介绍了流体运动分析的方法及相应运动方程,着重分析了旋流喷嘴内部和外部流场运动状态,得到喷嘴内部速度、压力分布特性和喷嘴外部雾滴运动方程,理论分析了流场特性和旋流雾化机理。探讨了旋芯喷嘴CFD模拟的一般方法。在相同的速度进口和压力出口条件下,喷嘴模型作相应简化,旋芯分隔板长度等同为喷嘴进口直径,旋芯固定在直管段底部,认定旋芯整体为壁面,基于六面体结构网格对三维模型进行网格划分,选用标准k??湍流模型,采用连续介质-水进行稳态条件下的数值模拟。针对直通喷嘴和旋芯喷嘴,以及旋芯螺旋角、内锥角等旋芯结构参数变化,对喷嘴流场进行了数值模拟,分别就流场内速度、压力分布进行了对比分析。模拟结果表明,和普通直通喷嘴比较,旋芯喷嘴出口速度更大、速度分布更均匀,雾化效果更好,喷射距离更远;旋芯喷嘴出口轴向速度衰减更快,有了明显的切向速度,雾化锥角更大。由于流体回流和对空气的卷吸作用,喷嘴出口位置会形成一个空气锥,流体会形成膜状旋转喷出,使旋芯喷嘴显现空心锥的雾化特性。喷嘴內锥角为90°左右时,流体压损最小、回流相对较小、速度分布较均匀、轴向速度和切向速度相对较大,最为优化。旋芯螺旋角为15°左右时,喷嘴内部流场轴向速度和切向速度相对较大,压损较低,最为优化。基于喷嘴综合试验台,就直通喷嘴和内置旋芯喷嘴进行了对比实验研究,完成了流量特性实验和喷雾分布实验,获取了流量-压降关系曲线、雾化角-压降关系曲线和喷雾分布曲线,实验数据较好地验证了理论分析和数值模拟的结果。