等压式割嘴的结构优化毕业论文

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1、1绪论割嘴是一种广泛应用于工业领域、交通运输、农业生产以及人民日常生活的流体机械，它在工业生产中燃烧装置上的应用尤其重要。按照工作介质的不同，有燃料割嘴，空气雾化割嘴以及固态燃料燃烧装置的割嘴。本文主要研究液体燃料割嘴，它的主要功能是将燃料雾化成细小的液滴，以便更快蒸发、更快与空气混合。通常认为实现液体雾化的最有效途径是提高液体与周围空气之间的相对速度。一般情况下，相对速度越高，液滴的平均直径越小。为了获得更大的相对速度，一类割嘴是将液体燃料以较高的速度喷入低速运动或静止的主要研究液体燃料的割嘴，如直射割嘴、离心割嘴、

2、旋转割嘴。另一类则是将低速运动的液体燃料置于相对高速运动的气体介质中，如气体雾化割嘴。1.1割嘴的发展与前期的研究1.1.1割嘴的发展1800年割嘴首次用于喷雾燃烧，到了十九世纪末期，割嘴开始在多种领域得到普遍应用，如燃烧、干燥、洗涤、冷却等。其中研究工作量最多，应用最广的是直射式割嘴、离心割嘴和气动雾化割嘴。近年来割嘴得到的了广泛的应用。一般来说，三种割嘴各自具有以下特点：A直射式割嘴是最早被应用的割嘴形式，结构十分简单，是利用高压液体直接经过一小孔射到气流中从而完成雾化的割嘴。但有两个缺点：①物化性能较其他类型割嘴

3、差；②工作范围也比较窄。A型割嘴的结构图如图1-1所示。图1-1直射式割嘴B离心式割嘴，它是经过特殊设计使液体沿切线方式注入，而以旋转的锥形液膜形式喷出的割嘴，它雾化能耗小，运行可靠，但工作范围也不是大，因为其雾化主要靠液体燃料的较高流速，若流体粘性大，摩擦阻力造成的压力损失也较大，此时雾化质量也差，相应的需要更大的流速，必须使供油压力也增大；图1-2离心式割嘴C气流式雾化割嘴主要包括气体辅助化割嘴、气爆雾化割嘴、气泡雾化割嘴几种形式。其原理主要是利用气体介质与液体介质之间的相互挤压、加速或剪切作用，将液体雾化在较低的

4、油压下可获得良好的雾化效果，对雾化高粘度液体也有很好的雾化质量，但它还有雾化能量利用率低，气体能量损失较大，雾化用气量较大等不足。现举出几种混合式割嘴如图1-3,1-4,1-5,1-6所示：图1-3外混式气流喷嘴图1-4Y喷嘴图1-5内混式喷嘴图1-6气泡雾化喷嘴如今，又相继出现了静电割嘴、超音割嘴、风力割嘴、震荡割嘴、喷射割嘴等等。因而，割嘴在冶金、石油、石化、电力，等现代化工业部门的生产发展中应用非常广泛。1.1.2割嘴的实验及研究从燃烧装置到现在几千年内，燃烧器的设计和改进主要是靠实验，包括近代发展起来的冷态模型

5、试验、热态模型试验和全尺寸装置实验。冷态模型试验即通过采用模拟介质，在冷态工况下对割嘴的流量特性。雾化特性及混合特性进行研究，从而得到割嘴的工作性能变化规律。实验测量参数一般有：喷注压力、介质流量、液滴直径、液滴速度、直径分布等。热态模型试验即在热式条件下进行割嘴特性研究，近年来热态试验的报道逐渐增多，这些试验通过透明窗对割嘴下游燃烧流场实现可视观察，通过光学拍摄得到割嘴雾化过程图像及燃烧流场中液滴运动和组分分布等信息。最近几年，不仅割嘴结构不断改进，对于雾化特性的要求水平也有很大的提高。但是由于雾化特性复杂，所以尽管

6、从喷雾技术开始使用到现在已有将近一百年历史，雾化理论仍然很缓慢，还没有一个比较完善的雾化理论描述相应割嘴的雾化机理。近几年来，由于激光测雾技术的应用，使得由实验研究的到的一些实验或半实验公式日益完善，通过实验研究发现问题，改进设计，雾化质量水平有了很大的提高。目前应用最广泛的事多孔喷油嘴，其中每一孔都产生一束喷雾。取其中一束为对象，并忽略各油束之间的干扰，即着重讨论单孔油嘴形成的喷雾场是现在研究喷雾的主要途径。喷雾场即液态燃油经过割嘴被喷雾燃烧室空间后，形成一个由液柱、油滴、油蒸汽和空气组成的多相混合的场。随着CFD技

7、术的发展，通过数值仿真进行雾化过程研究成为一种重要的新兴的研究方法。这类研究主要分两类：一类是通过对割嘴下游已经雾化完毕的液滴群在实际流场中的运动状态的模拟进行研究；另一类通过模拟割嘴内部流动过程，进行雾化过程的仿真。这种模拟研究的技术要点在于建立准确描述液体介质变形过程、液体与气体作用过程及液体离散化为液滴的过程模型。1.2割嘴喷雾时的各项特性燃油锅炉的喷雾混合特性通常是指喷出的油束与炉膛内气体介质之间的混合特性，受到燃油喷射特性、喷油嘴位置、气流运动、燃烧室尺寸和形状等因素的影响。喷雾混合特性包括宏观和微观特性。宏

8、观特性主要是指喷束的几何轮廓形状及其在空间的发展情况，由喷雾锥角和贯穿长度等几何参数来衡量。它反映了喷束体积大小，反映了空气卷入率，是描述喷雾特性最基本最直观特性围观特性主要是指喷束的内部结构及分布情况，包括喷雾滴径及滴径分布、喷雾浓度及浓度分布、喷雾粒子速度及气象介质的湍流运动等。1.2.1割嘴雾场的结构及特性液态燃油喷入燃烧室