气液喷射器作为一种具有高强度混合效果的流体装置,近年来在化工、能源、环保等领域已有广泛应用,其性能好坏关键在于雾化过程中形成的液滴大小及分布情况。闪急沸腾雾化作为一种新型高效喷射雾化装置,能够获得比传统雾化装置更加细小和均匀的液滴分布。目前虽然对闪急沸腾雾化的研究较多,但大多数集中在发动机的燃油特性的研究中,而在化工领域研究很少。而且由于影响闪急沸腾雾化特性的因素较多,闪急沸腾雾化流场结构复杂,导致影响雾化特性因素的研究不够系统全面。本课题主要从喷嘴结构以及操作条件两方面入手,以改善液体雾化为最终目的,采用计算流体动力学(CFD)模拟的方法,系统地研究喷射压力、喷嘴结构对喷嘴内流型变化的影响规律,建立了新的流型判定模型;在此基础上,进一步对喷嘴结构和操作条件对闪急沸腾雾化特性的影响进行了分析,对传统雾化与闪急沸腾雾化的不同雾化特性和机理进行了比较,获得了如下结论:一、建立了利用CFD方法判断喷嘴内流型变化的数学模型,并利用文献实验数据对模型进行了验证。并利用模型研究了喷射压力、入口倒角半径与喷嘴直径的比r/d、喷嘴长度与喷嘴直径的比L/d对喷嘴内流型变化的影响,结论如下:(1)研究表明,喷射压力越大,喷嘴内更容易产生空穴区。r/d越大,越不容易产生空穴现象。对已经形成柱塞流的喷嘴,通过增大L/d值可以使得喷嘴内形成的柱塞流再次转变为局部空穴流。(2)得到平孔喷嘴内流型变化与r/d和L/d之间的关系,建立了新的流型判断模型并与目前平孔喷嘴内流型判断经验模型进行比较,验证了其准确性。本文所建立的模型有助于对已有的柱塞流经验判断公式的修正。二、通过耦合气泡喷嘴模型和液体蒸发模型,建立了喷射器闪急沸腾雾化的CFD模型,并对模型可靠性进行了验证。并基于模型对影响闪急沸腾雾化特性的各因素进行了研究,结论如下:(1)采用汽化率表示液体过热度,在其它工况条件一定的前提下,增大喷射液体的汽化率,可以使喷射液体在喷嘴出口处受到气体的冲击力增加,从而改善雾化质量。(2)仅仅改变表面张力时,随着液滴表面张力的减小,雾化形成的液滴SMD值减小,液滴分布范围变小,分布更加均匀。(3)密度对液滴雾化特性的影响与表面张力相反,随着液滴密度的增大,雾化形成的液滴SMD(索特平均直径)值减小,分布更加均匀。(4)在本文模拟过程中,粘度在小于0.01 kg/(m·s)时,其变化对雾化特性的影响较小;当粘度大于0.01 kg/(m·s)时,粘度对液滴粒径产生影响,粘度越大,SMD值越大。其影响效果与表面张力类似,均是对液滴的破碎起到了阻尼作用。三、对传统雾化与闪急沸腾雾化的特性进行了对比分析。分别在闪急沸腾雾化与传统雾化保持相同喷射量和相同喷射压力的情况下,对闪急沸腾雾化与传统雾化效果进行了比较,结果表明在相同条件下,闪急沸腾雾化形成的液滴平均粒径更小,分布更均匀,显示出闪急沸腾雾化较传统雾化装置相比更有优势。