流体动力式超声波喷嘴的实验研究

摘要

本文总结了燃油喷嘴的应用现状，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喷嘴的原理与特点，设计了一系列超声波喷嘴，并对他们进行了冷态喷雾实验和热态燃烧实验。 通过冷态喷雾实验，分析了空气压力、水压和气液比对喷嘴雾化粒径、雾化角的影响，并对雾化粒径的沿程分布情况进行了分析。实验表明，流体动力式超声波喷嘴对水和燃油均有良好的雾化效果，雾化粒径集中在10～20μm;雾化粒径和雾化角均随着气压的增大而减小，气压越大，减小趋势越小；雾化粒径和雾化角均随着水压的增大而增大，水压越大，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；随着测点距离喷嘴距离的增大，雾化粒径呈逐渐增大趋势，且距离越大，增大趋势越缓。 在前期喷雾实验的基础上，又进行了流体动力式超声波喷嘴与传统旋流外混式高压喷嘴的冷态特性对比实验，通过实验发现：流体动力式超声波喷嘴的雾化粒径明显小于传统喷嘴，且有较大的调节比；随着测点距离喷嘴距离的增大，流体动力式超声波喷嘴的雾化粒径逐渐增大，而传统旋流外混式喷嘴的雾化粒径先减小，达到最小值后，又逐渐增大;两种喷嘴的雾化角和喷雾长度随气压和水流量的变化情况相同，不同的是，超声波喷嘴的雾化角要大于旋流外混式喷嘴，且其喷雾长度要小于旋流外混式喷嘴。 要将流体动力式超声波喷嘴应用到工业炉上，仅了解其冷态特性是远远不够的，为此，对其进行了热态燃烧实验，研究燃烧情况。实验研究表明：流体动力式超声波喷嘴对燃油的雾化效果很好，70～80℃的250重油雾化后即可实现冷炉点火，在雾化空气压力为0.4MPa时即可稳定燃烧；燃烧250重油时，排放烟气中，NO<,x>、SO<,2>含量较高，在今后的设计中应尽量避免。 通过冷态和热态实验，对流体动力式超声波喷嘴的特点进行了总结，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喷嘴提供了依据，具有较高的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理量名称及符号表

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2喷嘴雾化技术概述

1.3液体燃料雾化的基本理论

1.3.1液体燃料的雾化机理

1.3.2影响雾化的主要因素

1.3.3雾化质量的主要指标

1.4本文研究内容

第2章超声波喷嘴的原理与设计

2.1超声波喷嘴原理

2.1.1超声波雾化机理

2.1.2电动式超声波喷嘴

2.1.3流体动力式超声波喷嘴

2.2流体动力式超声波发生器

2.3流体动力式超声波喷嘴结构

2.4喷嘴材料的选择

第3章超声波喷嘴的冷态特性

3.1实验原理

3.2实验方案的确定

3.2.1实验喷嘴的选择

3.2.2实验工质的选择

3.2.3粒径测量方法的确定

3.3实验设备

3.3.1喷水实验设备

3.3.2喷油实验设备

3.4实验步骤

3.5实验结果分析

3.5.1水和重油雾化粒径对比

3.5.2实验管路特性分析

3.5.3工况参数对雾化粒径的影响

3.5.4雾化粒径的沿程变化

3.5.5工况参数对雾化角的影响

3.6本章小结

第4章超声波喷嘴与传统喷嘴的冷态特性对比

4.1实验简介

4.2实验结果与分析

4.2.1实验管路特性分析

4.2.2雾化粒径的对比

4.2.3雾化粒径沿程变化的对比

4.2.4雾化角的对比

4.2.5喷雾长度的对比

4.3本章小结

第5章流体动力式超声波喷嘴的燃烧实验

5.1实验条件和内容

5.2实验方案

5.2.1实验过程设计

5.2.2实验测定项目

5.3实验测定数据

5.3.1超声波喷嘴热态实验参数

5.3.2炉内烟气成分

5.3.3炉体温度的变化

5.3.4炉气温度的变化

5.4实验结果分析

5.4.1空气过剩系数

5.4.2炉温分布

5.4.3烟气中NOx和SO2含量

5.4.4燃烧火焰形态

5.4.5结焦情况

5.5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