风幕式喷杆喷雾数值建模及喷雾流场特性研究

摘要

国内对于风幕式喷杆喷雾技术的研究仅仅停留在整机的集成与气流辅助功能的实现上,而缺乏对于风幕式喷杆喷雾气液两相流动特性的深入研究。本文建立了风幕式喷杆喷雾的数值计算模型,并利用CFD(computational fluid dynamics)模拟的方法对其气液两相流特性进行了研究。主要研究工作包括:
　　 (1)对风幕式喷杆喷雾流场进行了PDPA(Phase Doppler Particle Analyser)测试,分析其喷洒均匀性,并在实验测试的基础上建立了数值计算的模型。研究结果表明:风幕气流对于细小雾滴的输运作用改善了喷杆喷雾的不均匀性,并且风幕风速越大,风幕气流对于雾滴分布均匀性的改善作用越强:模拟计算结果与实验测试结果的变化趋势基本一致,该模型在一定程度及范围内能够实现对风幕式喷杆喷雾较为准确的模拟。
　　 (2)利用风幕式喷杆喷雾的数值计算模型分别模拟和分析了风幕风速、风幕气流的不同作用方式、风幕与喷口的水平和垂直相对位置变化、喷施角度变化对于喷雾流场的影响。研究结果表明:风幕气流能够对气相流场产生影响;原本待飘的雾滴受到气相流场改变的影响而被压制及向下输送,这有效地减少了雾滴的飘移;随着风幕风速的逐步变大,风幕气流对于气液两相的影响逐步增强。风幕气流分别作用于喷口前和喷口后这两种作用方式都对雾滴群产生了一个向下的压制作用,迫使雾滴较快沉积,但由于风幕气流作用于喷口后方时还对飘移雾滴存在一个拦截的作用,因而具有更好的防飘移效果。当风幕出风口与喷口在水平方向拥有合理的距离时,风幕气流能够发挥出较好的防飘移作用;风幕气流在垂直方向远离喷口等效于风幕气流速度的减小,因而其防飘移效果逐步变差。喷施角度越大,雾滴越分散;喷施角度变大后雾滴的垂直方向动能变小,有更多的雾滴因为其垂直方向动能的衰减而难以到达采样面,从而造成雾滴群的防飘移性能逐步变差。
　　 (3)分别用正交试验和回归分析的方法对比分析了上述几个因素对于风幕式喷杆喷雾防飘移性能的影响程度和各因素与雾滴沉积的定量关系,并以此为基础对风幕式喷杆喷雾的运行参数进行了优化。研究结果表明:影响风幕式喷杆喷雾防飘移性能的程度大小为:风幕风速>喷口与风幕出风口的水平距离>喷施角度;风幕式喷杆喷雾防飘移性能最优的一组工作参数为:风机频率50Hz,喷施角度0°,风幕出风口位于喷口后方108.1.79mm,喷口与风幕出风口的垂直距离为0ram。