【摘 要】
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射流过程中产生液滴是自然界中随处可见的现象,其广泛存在于医药及工农业生产中。主液滴形成过程中常常有体积更小的伴随液滴出现,在某些领域(如中药药丸制备)过多的伴随液滴会造成资源浪费,影响生产系统正常运行,因此有必要对射流过程中主液滴的形成和伴随液滴的消除进行研究。本文通过数值模拟与试验结合的方式对射流过程中主液滴的形成机理进行研究,揭示滴头内径、液面高度、黏度、表面张力、密度、入口速度以及外加扰动频
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射流过程中产生液滴是自然界中随处可见的现象,其广泛存在于医药及工农业生产中。主液滴形成过程中常常有体积更小的伴随液滴出现,在某些领域(如中药药丸制备)过多的伴随液滴会造成资源浪费,影响生产系统正常运行,因此有必要对射流过程中主液滴的形成和伴随液滴的消除进行研究。本文通过数值模拟与试验结合的方式对射流过程中主液滴的形成机理进行研究,揭示滴头内径、液面高度、黏度、表面张力、密度、入口速度以及外加扰动频率等参数对主液滴形成的影响规律;采用外加纵向扰动的方式来消除伴随液滴,探索消除伴随液滴的最佳频率和规律。结果表明,滴头壁厚对主液滴的形成有着重要的影响,壁厚对主液滴的影响存在一个临界值(0.687 mm)。当壁厚小于临界值时,随着壁厚的增加,主液滴体积、断裂时间、断裂长度随之增加;当壁厚大于该值时,壁厚将对液滴生成无影响。在一定范围内,主液滴体积与入口速度、表面张力、滴头内径正相关,与密度、黏度负相关,影响程度:密度(29)表面张力(29)滴头内径(29)入口速度(29)黏度;断裂长度与入口速度、密度、黏度、滴头内径正相关,与表面张力负相关,影响程度:滴头内径(29)表面张力(29)入口速度(29)黏度(29)密度;生成周期与表面张力正相关,与入口速度、密度、黏度、滴头内径负相关,影响程度:滴头内径(29)密度(29)表面张力(29)入口速度(29)黏度;伴随液滴体积与入口速度、密度、黏度和滴头内径正相关,与表面张力负相关,影响程度:滴头内径(29)表面张力(29)黏度(29)密度(29)入口速度。通过对液滴形成过程的流线、速度场以及轴向速度分析发现,颈缩线断裂处液体速度和压力最大,一次断裂和二次断裂处液体运动方向相反。液滴在形成过程中存在涡旋,涡旋使伴随液滴上端向下运动,下端向上运动,导致伴随液滴在空中振荡。纵向扰动可以消除射流过程中的伴随液滴,不同工况下能消除伴随液滴的最佳频率也不同,最佳频率随着高度和滴头内径的增加而增加,随着甘油质量分数的增加而减少。纵向扰动在消除伴随液滴的同时,会使主液滴直径减小,基本消除液面高度对主液滴生成周期的影响,但对于其他参数对主液滴的影响趋势并未改变。本文通过研究射流过程中主液滴的形成机理与伴随液滴的消除方法,为实际工业生产中液滴的精准控制以及减少伴随液滴的产生提供了理论基础,对节约资源、降低生产运行成本以及环境保护起到了积极作用。
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