高粘度流体气力雾化机理及试验研究

高粘度液体的破碎、雾化是一个有广泛的工业应用背景和重要学术价值的领域。在锅炉领域，高粘度液体燃料的良好雾化是锅炉安全稳定高效燃烧的重要保证；在火箭推进装置、涡轮喷气式发动机中，液体燃料的雾化质量是提高燃烧效率并产生足够推力的前提；在工业生产领域，用高速气流冲击液态金属来制备金属粉末：在农业灌溉中，用一定速度的水流冲击金属圆盘破碎并改变方向实现对灌溉区域的均匀喷洒：在烟气脱硫、煤气化等工艺中，良好的喷嘴设计是提高烟气脱硫效率和碳转化率的重要因素。 本文首先针对现有大型冷态雾化试验台的不足，建立了适合机理研究的小型雾化试验台，与8t/h大试验台相比，有以下优点： 1) 试验装置具备测量各项雾化性能指标的功能，测量时受外界干扰因素小。 2) 整个试验装置应该运行平稳，操作方便，对周围环境影响小。 3) 试验台兼顾安全性，实验系统中大部分管路是带压软管，应注意安全。 4) 试验台具备良好的可视性，方便操作观测，和良好的人机操作尺寸。 5) 喷嘴可以灵活布置。 6) 可视性良好，便于观测和测量雾化状况。雾化台可以满足激光全息／干涉测量对激光布置的要求 其次本文在对雾化的基本理论进行总结的基础上对气力式雾化喷嘴的雾化质量的影响因素进行了实验研究。实验研究采用LS—2000激光颗粒测量仪测试了气流式喷嘴雾化性能，主要考察了气体出口孔面积、液体出口孔面积、气体出口孔结构、气液作用面积、雾化工质粘度及表面张力的变化对雾化性能的影响。试验结果表明，反映能量消耗总量的气耗率q、反映能量品质的气流韦伯数We和反映雾化工质物理性质的昂色格数Z是影响雾化质量的决定因素；气液作用面积、气流出口处的边界层厚度及壁厚，射流直径对雾化质量也有一定影响。 最后本文根据实验研究和机理研究的成果，建立了具有普遍意义的雾化半经验公式，采用合理的实验参数建立了雾化二次分裂模型，成功预测了同轴外混式气力雾化喷嘴的平均粒径和分布。