内混式雾化喷嘴内气液混合机理研究

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1、中国工程热物理学会多相流学术会议论文编号：116066内混式雾化喷嘴内气液混合机理研究李舟航,吴玉新，蔡春荣，张大龙，龚迎莉，吕俊复，刘青（清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084）(Tel:010-62781559-802,Email:thulizh06@gmail.com)摘要：对一个内混式双流体雾化喷嘴内部的混合和流动过程，以及近喷嘴区的两相流动特性进行了实验研究。结果表明，压力和气液质量比(GLR)对混合室内的流型有明显的影响，GLR的影响更显著。随着GLR的增大，混合室内流型由液栓状流过渡到环状流。近喷嘴区流动的稳定性取决

2、于混合室内流动的稳定性。混合室内的流动和混合对喷嘴的雾化性能起主导作用。基于实验数据，提出了计算液体质量流量、喷嘴出口处气液速度滑移比和液膜厚度的模型，模型对操作参数的选取和喷嘴的设计有一定的指导意义。关键词：双流体雾化喷嘴；内混合；两相流流型；气液速度滑移比Fundamentalstudyofgas-liquidmixingschemesinaninternal-mixingatomizerLizhouhang*,WuYuxin,CaiChunrong,ZhangDalong,GongYingli,LuJunfu，LiuQing(KeyLaboratoryf

3、orThermalScienceandPowerEngineeringofMinistryofEducation,DepartmentofThermalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,China)(Tel:010-62781559-802,Email:thulizh06@gmail.com)Abstract:Gas-liquidmixingandflowregimesinaninternal-mixingtwin-fluidatomizerwerestudiedexperimentally.Resul

4、tsshowthatinjectionpressureandGastoLiquidRatiobymass(GLR)influenceflowregimesintheinternalmixingchamberobviously.GLRhasastrongereffectonthetwophaseflow.AsGLRincreased,flowregimestransformedtoannularflowfromliquidslugflow.Mixingandflowregimesinthemixingchamberdominatedatomizationperf

5、ormance.Basedonexperimentalresults,amodelwaspresentedtocalculateliquidmassflowrate,velocityslipratioandliquidfilmthicknessattheexitorifice.Keywords:twin-fluidatomizer;internalmixing;two-phaseflowregime;velocityslipratio0．前言雾化喷嘴在锅炉燃油器和喷雾干燥等工业领域被大量地使用[1]。其中，双流体喷嘴第一作者，通讯作者：李舟航（1988-），男

6、，云南宣威人，博士研究生，主要从事锅炉水动力研究。基金项目：973资助项目(2010CB227000)，三菱重工（MHI）合作项目是应用范围比较广的一种雾化喷嘴。它通过将气体引入液体中，使两相间产生强烈相互作用，并产生不稳定的两相流动，这种相互作用将液体迅速破碎，形成较小的液膜，进而形成粒径很小的液滴。根据流体混合方式的不同，双流体喷嘴通常可以分为内混式、过渡式和外混式三种[2-5]。目前，锅炉内广泛使用的‘Y’型燃油器就属于过渡式双流体喷嘴。虽然‘Y’型喷嘴具有能在固定蒸汽-油流量比或固定蒸汽-油压力比下工作的特点，但是由于其气液混合空间有限，混合过程不够充

7、分。此外，Ferreira等[2]已经指出，通过增加内混合空间可以提高‘Y’型燃油器的性能，因此对内混式喷嘴进行研究是有必要的。在内混式喷嘴中，气体和液体在内混合室内发生剧烈的混合和相互作用，形成细小的液膜、液带和液滴。混合气-液工质从喷嘴喷出后，由于气体的膨胀使较大的液滴能够进一步发生破碎，发生二次雾化，从而形成更细的液滴[6]。内混合室内气体和液体的混合过程对喷嘴的雾化性能起着主导作用，已经有学者们对此展开了研究。Kufferath等研究了进入混合室的液体在不同流动状态下（层流和湍流）的喷嘴雾化性能，认为进入混合室的液体的流动状态对雾化后液滴的平均直径有较

8、大影响。Lefebvre等[8]利用经