谐振腔式声能雾化喷嘴的研究

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喷嘴技术的应用范围几乎包含所有工业领域、农业生产、交通运输以及人们的日常生活。作为必备组件在燃烧装置上的应用尤为重要。以往对于新型的流体动力式超声波雾化喷嘴研究表明:这类喷嘴的雾化粒径小(小于50μm)且分布均匀性好,对实现低氧燃烧、减少烟气中烟尘和氮氧污染物的排放有实质性的意义。因此本文以谐振腔式声能雾化喷嘴为研究对象,通过设计结构,利用FLUENT软件对其流场、声场以及雾化性能进行多参数的数值模拟,通过雾化性能的变化规律分析了其雾化机理。  研究首先基于哈特曼发声哨的原理设计了谐振腔式声能雾化喷嘴。通过对喷嘴高速射流流场和声场模拟,分析了谐振腔式声能雾化喷嘴的流场特性和发声机理。计算结果表明:将谐振腔放置于“不稳定区间”时会产生强声波;压比和冲击距离是影响强声波产生的主要因素。本文的计算在冲击距离为7.5mm,压比为3.5时产生了10kHz左右的声波,达到了利用高速气流激发腔体振动而产生声波频率在10kHz左右的设计要求。  在流场和声场模拟结果的基础上,本文又进行了谐振腔式声能雾化喷嘴的雾化模拟,并通过雾化粒径分布情况及液滴SMD分析了喷嘴的雾化性能。结果表明:谐振腔的存在大大提高了喷嘴的雾化效果;液体入射角、冲击距离、谐振腔的深度以及气液比对喷嘴的雾化效果有着不同程度的影响,其中液体入射角、冲击距离产生的影响尤为明显。本文计算在入射角为35.26°、冲击距离为7.5mm时达到了最好的雾化效果,得到的液滴SMD为10μm左右。  最后基于喷嘴流场的振荡特性和液滴的振荡特性对喷嘴进行了雾化机理的探究,在本文的喷嘴和计算条件下,得出液滴的振荡频率与气流的振荡频率达不到共振的条件,在气液共振这方面雾化机理的研究还需要更多的研究和试验进行探究和验证。
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