基于气泡雾化原理的家用低压喷嘴喷雾特性与实验研究

论文摘要

喷嘴是家用雾化器的重要组成部分,其结构形式和尺寸对雾化器雾化效果有很大的影响。普通的间歇式活塞喷雾器的主要问题是雾化颗粒较大。气泡雾化是一种新的液体雾化技术,在较低压力和很低的气液质量流量比下能达到很好的雾化效果。目前国内外还没有针对家用间歇式活塞喷雾应用气泡雾化技术的研究。本文的主要工作是研究气泡雾化技术在家用低压喷雾中的应用特点,采用计算机数值模拟和实验研究相结合的方法。主要工作和成果如下:1.通过借鉴已有文献中有关低压气泡雾化喷雾特性的研究成果,结合家用间歇式喷雾器的特点,设计了一种新的低压气泡雾化喷嘴。2.依据所设计的低压气泡雾化喷嘴的结构,通过仿真软件FLUENT模拟了混合室结构内的注气位置对气液混合状况的影响以及喷口长径比对颗粒速度的影响。发现当气泡发生器与混合室轴线的竖直距离为1.5mm时,喷雾稳定性较好,当喷口长径比Z/DD=3时,出口速度最大。3.实验是研究气泡雾化喷雾的主要手段。结合家用间歇式活塞喷雾器的特点,自行设计和搭建气泡雾化特性测控实验平台。利用高速摄像仪,研究了混合室结构对气泡雾化稳定性的影响,发现当气泡发生器与混合室轴线的距离为1.5mm时,喷雾稳定性较好。借助粒子成像测速仪,研究喷口长径比对颗粒速度以及射程的影响,当喷口长径比L/D=3时,出口速度最大,射程最长。基本上验证了本文中模拟仿真的准确性。通过实验发现,雾化角随着喷口长径比的增加而减小。在出口流速基本相同的工况下,观测了单相射流和气泡雾化的喷雾效果,得到了气泡雾化效果明显好于单相雾化的结论。本文利用自行设计的低压气泡雾化喷嘴和测控实验平台,通过模拟仿真和实验研究,验证了气泡雾化技术提高了雾化效果,可以应用在家用低压雾化领域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 雾化颗粒的大小和分布
• 1.2.2 雾化颗粒的速度和空间分布
• 1.2.3 雾化锥角
• 1.2.4 流量特性
• 1.3 课题研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 雾化机理、特性及测试技术
• 2.1 雾化机理
• 2.2 雾化特性评价指标
• 2.2.1 雾化粒度
• 2.2.2 雾化距离
• 2.2.3 雾化角
• 2.3 雾化特性的测试技术
• 2.4 VW-6000动态分析三维显微系统
• 2.5 粒子成像测速仪
• 第3章 低压气泡雾化喷嘴设计
• 3.1 混合室直径和长度
• 3.2 注气方式
• 3.3 收敛角和喷口
• 3.4 本章小结
• 第4章 内流场数值模拟
• 4.1 计算流体动力学概述
• 4.2 模型建立及网格划分
• 4.3 仿真模型的建立
• 4.3.1 多相流计算方法
• 4.3.2 多相流模型选取原则
• 4.3.3 混合物模型理论
• 4.3.4 边界条件的设定
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.4.1 混合室气液两相流型
• 4.4.2 出口长径比对雾化效果的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 测控平台搭建和雾化特性实验
• 5.1 总体框架
• 5.2 搭建过程
• 5.2.1 控制系统
• 5.2.2 注液系统
• 5.2.3 注气系统
• 5.3 雾化特性实验
• 5.3.1 实验方案
• 5.3.2 结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果