喷嘴结构及喷射条件对内混式空气雾化性能影响试验研究

摘要

空气雾化喷嘴借助高速空气或蒸汽促进射流的碎裂和雾化，提高了雾化质量，近年来被广泛应用于内燃机和工业燃烧等方面。内混式空气雾化喷嘴因其耗气率低、加工制造要求不高和不易堵塞等优点应用更为广泛，研究此类喷嘴的雾化特性具有重要的意义。本文采用试验方法，研究喷嘴结构参数与喷射条件对内混式空气雾化喷嘴雾化特性的影响，试验中通过马尔文激光粒度分析仪测量喷雾微观特性，采用高分辨率数码单反相机测量喷雾宏观特性。
　　试验中用水和空气来做基础研究，主要研究喷嘴的出口直径、入口圆角和喷孔内壁表面粗糙度，以及水流量和气路压力对内混式空气雾化性能的影响，重点分析粒子索特平均直径（SMD）沿喷嘴出口轴向距离的变化规律、液滴尺寸数目分布以及喷雾锥角大小，另外对液滴 SMD、特征直径以及液滴尺寸发散的稳定性进行了分析，同时研究了各因素对喷嘴耗气量的影响。由试验结果发现：
　　（1）结构参数影响方面，当喷孔内壁表面粗糙度为0.8时，出口直径对SMD有明显影响，而内壁表面粗糙度为3.2时，出口直径变化对SMD影响不明显；随着喷嘴入口圆角的增大粒子SMD减小；随着喷孔内壁表面粗糙度的增大SMD减小。结构参数变化对粒子尺寸数目分布影响较大，且因为大粒子的影响，SMD较小的情况不一定小粒子数目比较高。
　　（2）喷射参数影响方面，SMD随着水流量的增大而变大，随着气路压力的升高而变小。喷射参数改变时，大部分喷嘴在粒子尺寸数目分布变化SMD一致，小粒子数目比例较高时SMD较小，但是个别结构参数条件下的喷嘴，因为大粒子影响，不是粒子尺寸数目分布小粒子数目比例越高时SMD越小。
　　（3）喷嘴结构和喷射条件改变时，喷雾锥角变化不大，规律不明显。
　　（4）内混式空气雾化喷嘴结构参数不变时，平均直径和特征直径在时间上的稳定性变化为：D32的稳定性最好，D0.5次之，D0.9稳定性最差。
　　（5）喷嘴结构参数不变时，水流量改变基本不影响耗气量，气路压力增大时耗气量增多。喷射条件不变，出口直径小耗气量较少；喷孔内壁表面越光滑耗气量越少；而入口圆角则有个最佳值，高于或低于此值耗气量均升高。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 雾化理论基础

1.3 内混式空气雾化研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 内混式空气雾化水射流试验方案设计

2.1试验系统设计及主要技术介绍

2.2 试验工况点确定

2.3本章小结

第三章 结构参数对内混式空气雾化性能的影响

3.1 喷嘴出口直径对雾化特性的影响分析

3.2 喷嘴入口圆角对雾化特性的影响分析

3.3 喷孔内壁表面粗糙度对雾化特性的影响分析

3.4本章小结

第四章 喷射条件对内混式空气雾化性能的影响

4.1 流量对不同结构参数喷嘴雾化特性的影响分析

4.2 压力对雾化特性的影响分析

4.3本章小结

第五章 内混式空气雾化性能稳定性分析

5.1 液滴平均直径和特征直径稳定性分析

5.2 液滴尺寸发散稳定性分析

5.3本章小结

第六章 内混式空气雾化喷嘴耗气量分析

6.1 喷射条件对耗气量的影响分析

6.2 喷嘴结构参数对耗气量的影响分析

6.3 本章小结

结论与展望

全文工作总结

未来展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢