超音速喷嘴的试验研究

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1、超音速喷嘴的试验研究穗击式多级雾化喷嘴的关键之处不在于煤浆与撞击件的撞击效果，而在于气体雾化水煤浆的雾化效杲.如果气体不能充分混合浆液，只集撞击来粉碎煤浆颗粒，效果是非常差的・由于水煤浆的比重远远大于气依，浆柱作为一个整体与雾化介质相遇时，浆的动量远大于气体(或蒸汽)的动量，这样，两相物质不易实现质量传递，从面达不到均匀混合的目的.如果能进一步提高气体的速度使之达到趙音速，在一定的气耗車下，动量将大大増加，从而显著地改善了浆柱和气体的混合效果。这样一来，雾化效果随之变得更好，使大颗粒煤浆不复存在，在燃烧过程中也能进一步也大大聲低了炉底渣虽，也进免了小颗竝煤浆和混合

2、饬分离，形成飞灰，造成可燃成分不必要的损失，降低燃烧效率，磨损管道，降低传热器的使用寿命.从第四章的研究及计算发现，撞击式喷嘴雾化气波速度并没有达到音速，因此，在喷嘴的结构设计上还可进一步改逬，提高其雾化效果.提高喷嘴的雾化效果，很大程度上依簸气体动量的提髙，一是提髙气耗車，二是提离气体温度间接提高气体洸速.但这两种方法是以损失电耗和能耗为代价的，降低了喷嘴的性价比，如果能够改变喷嘴的结构，使之气流达到音速甚至超音速，这祥在相同气澆量和同等操作压力下，气体的动虽将达到很大的提高，对于改善喷嘴的雾化效果非常有利.5・2Y型超音速喷嘴的试验研究5.2.1超音速喷嘴的原

3、理连续方程：m=pFu=常数动薩方程：dp+ppdi>=0超音速喷嘴的％依管道采用拉法尔喷管的结构形式，按照气体动力学理论，喷管诜动的控制方程有：(5-1)(5-2)(5-3)(5-4)能量方程：¥+占呀常数气体状态方程：P=pRT声速方程：c?dp=dp(5-5)上述式子中m气体流量，p为气体密度，P为气依压力，F为管道截而积，v为气依流速，k为绝热系数，c当地声速，R气体常数，T气体绝对温度，同时还有马赫数：Ma二匕.c如果将喷管内气体流动状态看成理想状态，入口处沆速相比出口流速很小，因此将入口前气依状态当做肅止，结合上述方程可得到对于拉法尔喷管内任惠载面祝F

4、与临界截面积Fc之比有：..由(5-6)•式看到，面祝比的变化只与马林数有关，要想右出口处得到一定马赫数巾的趨音速气流，那么所需要的喷管的面积比是唯一的叫这跟收缩喷笹出口处马赫数由出口圧强与滞止压强比唯一确定不同。但是面积比仅是达到一定马赫数的必要条件，研究表明，管适出口能否达到所需要的超音速还是根据气流本身总压和一定的反压夬决定匕因此，对于内混式喷嘴，要使雾化介质在出口处达到超音速，就要保证出口压强与总压之比达到要求，然后艰据沟设计喷管结构.一股情况下，拉法尔结格喷嘴对收缩段的角度要求不是很严格，而对于扩展段，其长度和角度之间的关系有:(5-7)张角一般取5。一

5、10吧根据上述原理设计小型Y型喷嘴，其结构图如下所示:由(5-6)•式看到，面祝比的变化只与马林数有关，要想右出口处得到一定马赫数巾的趨音速气流，那么所需要的喷管的面积比是唯一的叫这跟收缩喷笹出口处马赫数由出口圧强与滞止压强比唯一确定不同。但是面积比仅是达到一定马赫数的必要条件，研究表明，管适出口能否达到所需要的超音速还是根据气流本身总压和一定的反压夬决定匕因此，对于内混式喷嘴，要使雾化介质在出口处达到超音速，就要保证出口压强与总压之比达到要求，然后艰据沟设计喷管结构.一股情况下，拉法尔结格喷嘴对收缩段的角度要求不是很严格，而对于扩展段，其长度和角度之间的关系有:

6、(5-7)张角一般取5。一10吧根据上述原理设计小型Y型喷嘴，其结构图如下所示:7E5-1Y型喷嘴结构因为了研究气流与液体的混合压力变化，分别设计出气流与液体在扩张段混合、在喉部即气流达到临界状态处混合、在牧绻段混合三种结构进行试验研究，其结构示邈图如图43所示•在喷嘴出口前3师处穿一个于流体出口方向垂宜的直孔，用于测量此处的压力,了解喷嘴出口压力的变化情况.35-2Y型喷嘴气液混合示意图试验喷嘴的结构尺寸如下表所示未5・1Y型喷嘴试验结构歩铁表气液浪.合处喉部孔径：nun出匚孔径：an扩展长度：«n入口孔径：ram扩展段4.5566喉部处4.5566收编吸4.5

7、5665.2.2实验结果及分析(1)出口处压力的变化0.65-,0.600.55-^0.50-■^0.45-^0.40-^0.35-0.30-025-扩展段暇部处09«0981001.021.041.061.08雳化代入口圧力MPa32J1-30.29.28.27.26.25Giacio.cio.o.a«3aw環口3024^0.23l0.991.001.011.021.031.041.051.061.07雾化气入口用力MPa£5-3工质建量0.45t/h时实验结果S5-4纯空气时实脸结果试验采用水作为工质，得到出口处压力压力随雾化气入口压力的变化情况，如图5-3所

8、示.出口压