流体动力式超声波燃油燃烧器的雾化特性研究

摘要

本文总结了燃油燃烧器的应用现状，指明了其中存在的问题，在此基础上介绍了流体动力式超声波燃油燃烧器的原理，设计了实验所用的超声波燃油燃烧器，并对其进行了冷态雾化实验和冷态流动特性的数值模拟研究。
　　 通过冷态雾化实验，分析了雾化空气压力、油压、气液比和油温（粘度）对雾化粒径和雾化角的影响。实验表明：流体动力式超声波燃油燃烧器对重油和渣油均有良好的雾化效果，雾化粒径和雾化角均随着雾化气压的增大而减小，雾化气压越大，减小趋势越小；雾化粒径和雾化角均随着油压的增大而增大，油压越大，增大趋势越小；雾化粒径和雾化角均随着气液比的增大而减小，存在一最佳气液比，达到此气液比后，再增大气液比，雾化粒径和雾化角变化不明显；重油和渣油的雾化粒径随着油温的增大而减小，重油温度到达90℃时，雾化粒径能降到30μm以下。
　　 在冷态雾化实验的基础上，本文为所研究的流体动力式超声波燃油燃烧器设计了相应的配风器，配风器设计为轴向可动叶轮配风器。通过拉杆，改变叶轮的位置，当叶轮向外拉时，部分空气可南叶轮外的环形间隙进入燃烧室，前后移动叶轮，可以改变旋流风与直流风的比例，从而可以调节二次空气的旋流强度。在冷态雾化实验和所设计配风器的基础上，本文又进行了冷态流动特性的数值模拟研究，主要研究二次空气的旋流强度对空气流场及雾化液滴分布的影响。模拟结果表明：二次空气的旋流强度越大，对液滴的作用越强烈，二次空气与雾化液滴的混合越充分。
　　 通过对流体动力式超声波燃油燃烧器的冷态雾化实验和冷态流动特性的数值模拟的研究，发现该燃油燃烧器对劣质燃料有很好的雾化效果。本文对流体动力式超声波燃油燃烧器的特点进行了总结，指出了其优点和不足之处，对今后设计出适合工业应用的流体动力式超声波燃油燃烧器提供了依据，具有较高的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

物理量名称及符号表

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 喷嘴技术的发展

1.3 液体燃料的雾化机理

1.4 雾化质量的主要指标

1.5 本文研究内容

第2章 超声波燃油燃烧器的原理与结构

2.1 超声波燃油燃烧器原理

2.1.1 超声波雾化机理

2.1.2 电动式超声波雾化喷嘴

2.1.3 流体动力式超声波雾化喷嘴

2.2 流体动力式超声波发生器

2.3 燃油燃烧器雾化喷嘴的结构

2.4 本章小结

第3章 实验系统和工质粘度的测量

3.1 实验原理

3.2 实验方案

3.3 实验装黄及测量仪器

3.3.1 实验装置

3.3.2 LS-2000分体式激光雾化液滴粒度分析仪

3.4 实验步骤

3.5 实验管路特性的分析

3.6 重油和渣油粘度的测量

3.6.1 实验目的

3.6.2 实验工质粘度的测量方案

3.6.3 SYD-265E石油产品运动粘度测定器

3.6.4 实验结果分析

3.7 本章小结

第4章 超声波燃油燃烧器实验结果与分析

4.1 工况参数对重油雾化粒径的影响

4.1.1 雾化气压对雾化粒径的影响

4.1.2 油压对雾化粒径的影响

4.1.3 气液比对雾化粒径的影响

4.1.4 温度（粘度）对雾化粒径的影响

4.2 工况参数对渣油雾化粒径的影响

4.2.1 雾化气压对雾化粒径的影响

4.2.2 油压对雾化粒径的影响

4.2.3 气液比对雾化粒径的影响

4.2.4 温度（粘度）对雾化粒径的影响

4.3 工况参数对重油和渣油雾化粒径影响的对比

4.3.1 雾化气压对雾化粒径的影响

4.3.2 油压对雾化粒径的影响

4.3.3 温度（粘度）对雾化粒径的影响

4.4 实验工况参数对雾化角的影响

4.4.1 雾化气压对雾化角的影响

4.4.2 油压对雾化角的影响

4.4.3 气液比对雾化角的影响

4.5 本章小结

第5章 超声波燃油燃烧器配风器的设计

5.1 配风的基本原则

5.2 配风器的类型及特点

5.3 燃油燃烧器配风器的设计原则

5.4 燃油燃烧器配风器的设计

5.4.1 轴向叶片旋流器

5.4.2 旋流器的计算

5.4.3 轴向可动叶轮配风器的结构

5.5 本章小结

第6章 燃油燃烧器冷态流动特性的数值模拟

6.1 物理模型

6.2 数学模型

6.2.1 FLUENT软件介绍

6.2.2 基本守恒方程

6.2.3 可实现性k-ε湍流模型

6.2.4 离散相模型

6.3 网格划分及边界条件

6.3.1 网格划分

6.3.2 边界条件

6.4 网格验证

6.5 燃烧器数值模拟的结果及分析

6.5.1 速度分布

6.5.2 二次空气流动的迹线图

6.5.3 雾化液滴的轨迹图

6.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢