噴嘴知識
噴嘴霧化技術進展
更新時間 2025-05-09
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摘要：噴嘴的霧化技術具有很廣泛的應用領域，主要針對液態(tài)燃料的霧化，分別從其霧化機理、霧化方法、液霧的測試技術以及燃
油霧化的數(shù)值模擬技術等方面對霧化技術進行了簡要的說明。
1 前言
霧化技術幾乎已經(jīng)涵蓋所有的工業(yè)領域，如交通運輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及人民的日常生活，除了各種燃料（氣體、液體和固體燃料） 的燃燒外，霧化技術在非燃燒工
業(yè)如催化造粒、食品加工、粉末涂覆、農(nóng)藥噴灑方面等也有著廣泛的應用。本文主要針對液態(tài)燃料的霧化技術進行簡要的介紹。
2 液體的霧化機理學說所謂液體的霧化就是指在外加能量的作用下，液體在氣體環(huán)境中變成液霧或其它小霧滴的物理過程。對于其霧化機理，已經(jīng)有了多種解釋，如空氣動力干擾說，壓力震蕩說，湍流擾動說，空氣擾動說，邊界條件突變說等，現(xiàn)簡要介紹如下1~3 。
2.1 空氣動力干擾說
Castleman 最早提出了空氣動力干擾說，他認為，由于射流與周圍氣體間的氣動干擾作用，使射流表面產(chǎn)生不穩(wěn)定波動。隨速度增加，不穩(wěn)定波所作用的表面長度越來越短，直至微米（ m）量級，射流即散布成霧狀。
2.2 壓力振蕩說
壓力振蕩說是觀察到液體供給系統(tǒng)壓力振蕩對霧化過程有一定影響。由此根據(jù)一般噴射系統(tǒng)中普遍存在壓力振蕩，因此認為它對霧化起重要作用。
2.3 湍流擾動說
湍流擾動說認為射流霧化過程發(fā)生在噴嘴內部，而流體本身的湍流度可能起著重要作用。也有人認為作為湍流管流運動的噴嘴內流體的徑向分速度會在噴嘴出口處立即引起擾動，從而產(chǎn)生霧化。
2.4 空氣擾動說
空氣擾動說對湍流擾動說持相反態(tài)度，認為噴油系統(tǒng)內穴蝕現(xiàn)象所產(chǎn)生的大振幅壓力擾動是產(chǎn)生霧化的原因。
2.5 邊界條件突變說
邊界條件突變說認為噴嘴出口處，液體的邊界條件（內應力）發(fā)生突變；或者是層流射流突出失去噴嘴壁面約束，使截面內速度分布驟然改變而產(chǎn)生霧化。
上列五種噴嘴機理假說均有不足之處，甚至本身相互矛盾。大多數(shù)學者，如Bracco F V 等人1~2 對空氣動力干擾說持支持態(tài)度。該種假說發(fā)展得比較充分，較好地
解釋了低速射流分裂破碎原因，以此推理到高速射流，可以作為霧化的基本原因。目前國內外對燃油噴射霧化機理的研究主要從兩方面進行：一是利用數(shù)值計算技術建立多種假說模型進行數(shù)值模化研究4~6 ；另一方面利用先進的光電測試技術去捕獲霧化過程的細節(jié)，以便為某種或綜合的假說提供支持。
3 霧化過程及方法
通過霧化，使液體燃料形成顆粒微小、尺寸均勻的液霧以增加液體燃料與助燃空氣之間的接觸面積，促進蒸發(fā)，從而使燃料得到充分有效地燃燒。而且霧化越細燃燒就越充分。通常液霧的噴射霧化過程分為三個階段：一是液體在噴嘴內部流動階段；二是液體噴出后由液柱分裂為霧滴的階段；三是霧滴在氣體中進一步破碎階段。其中第二階段是主要的，可以用空氣動力干擾說解釋。液體霧化方法也有多種多樣，具有代表性的主要有機械霧化、介質霧化、特殊噴嘴霧化。
特殊噴嘴霧化
特殊噴嘴一般采用超聲波、電磁場、靜電作用等原理進行霧化。超聲波霧化也稱為超聲振蕩霧化，其霧化機理比較復雜，有關人士認為超聲波霧化的原理是：超聲波氣流
進入諧振腔產(chǎn)生高頻壓力波，該波傳到液體表面引起振動產(chǎn)生超聲波，由振動振幅所造成的波峰把液滴從表面分離和破碎，隨著超聲波頻率的增加霧化液滴越來越細，一般在超聲波的振動頻率作用下可獲得幾微米級的燃料霧滴10 。由于超聲波的霧化性能一般要優(yōu)于其它霧化方式，其霧化滴徑較小（在100 m 以下），霧滴的均勻性也比較好，尺寸分布均勻指數(shù)為2，因此易實現(xiàn)低氧燃燒，從而減少煙氣中的氮氧污染物的排放量。靜電霧化主要應用于涂料霧化。在靜電噴涂中，由于高壓靜電場的作用，涂料液滴會被分裂成細小的微粒，從而使涂料得到霧化。靜電霧化在涂料霧化設備中總是與其他霧化方式聯(lián)合使用。
關鍵詞語：噴嘴霧化技術
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