论文摘要
将不同口径的喷嘴按一定方式布置构成组合喷嘴,以形成粒径分布和浓度可调的气液两相流,在天然气加湿、汽液分离、湿蒸汽流量计量、气液两相流特性研究等领域中有广阔的应用前景。组合喷嘴喷雾时,不同喷嘴的雾化流场互相影响,液滴之间及液滴与气流之间的相互作用复杂,其流场结构、流动特性及液滴与气流相互干扰机理目前尚不清楚。因此,深入研究组合喷嘴雾化流场具有重要的理论和实际意义。本文主要研究内容和研究结果如下：自行设计并建立了组合喷嘴雾化流场测试台。该测试台具有实验件更换方便、工况调节与控制容易等优点。利用该测试台可以研究不同喷嘴组合、喷嘴布置方式、喷嘴进口压力和流量等因素对雾化流场结构和流动特性的影响。对出口直径为0.21mm、0.28mm、0.38mm、0.46mm的四种压力雾化喷嘴及其组合在自由空间的喷雾流场进行了实验研究。所得结论如下：液滴在离开出口的较短轴向距离内速度迅速减小,之后缓慢减小至稳定值;喷雾液滴平均粒径随喷嘴孔径的增大而增大,随雾化压力增大而减小,且液滴离开喷嘴出口后粒径先减小后增大；喷雾液滴的粒径范围随相对喷射轴向距离增大而逐渐增大；组合喷嘴喷雾液滴速度比单喷嘴的有较大增大,平均粒径比单喷嘴的有所减小,两者随相对喷射轴向距离的变化与单喷嘴的相同；组合喷嘴喷雾液滴的粒径范围比单喷嘴的略有增大。喷嘴间距对喷雾液滴平均粒径影响不大；喷嘴夹角适度增大,喷雾液滴平均粒径有明显减小；组合喷嘴液滴平均粒径随喷雾压力增大而减小对四种压力雾化喷嘴及其组合在150mm×150mm×1000mm的矩形通道中的喷雾流场进行了实验研究,矩形通道中的空气流速为10m/s。实验结果表明,喷雾不碰壁距离随入射角的增大而增大;顺流喷雾比无气流时平均D32减小10%,粒径范围略有扩大；逆流喷雾比无气流时平均D32增大约70μm,粒径范围扩大了3-4倍；喷孔直径小的喷嘴可通过逆流布置和顺流布置的组合,获得液滴粒径分布范围更宽的气液两相流场。双喷嘴在有限空间内的雾化效果与流场中气液流量比有关。使用流体力学计算软件fluent的弥散相模型（DPM）,对单喷嘴在自由空间的喷雾进行了二维和三维模拟,模拟的液滴粒径与速度的分布规律同实验结果较为吻合。对单喷嘴在受限空间气流中的喷雾进行了二维模拟,探讨了气流速度对喷雾液滴粒径与速度的影响：气流速度增大,喷雾液滴粒径范围逐渐变小；喷雾液滴平均速度与气流速度近似成线性关系;喷雾液滴的未碰壁距离随气流速度的增大而增大。对组合喷嘴在自由空间的喷雾进行了三维模拟,喷雾交叉区域液滴碰撞情况同实验结果吻合。