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旋流喷嘴喷雾相关知识调研报告
姓名：刘晨光学号105905班级：C105 摘要：
主要介绍了雾化原理雾化效果方面的知识。燃烧液体燃料之前,一般要进行雾化处理,使之成为较均匀的分散态,以增加燃料与空气的接触面积,提高其蒸发速率“在表面张力，气动力等作用下,液体燃料形成大量近球状液滴群”液滴群在燃烧室内的高温与周围气体的对流作用下迅速蒸发,燃料以气态与助燃空气发生反应,完成燃烧过程。
关键词：喷嘴雾化流场
1.设计的依据与意义
1基本概念
有旋流与无旋流
有旋流（vortex）:亦称“涡流”。流体质点（微团）在运动中不仅发生平动（或形变），而且绕着自身的瞬时轴线作旋转运动。如旋风即为空气的涡流。当流体速度变化较大，由于流体粘滞阻力、压强不均匀等因素的影响，就容易形成涡流。
无旋流（potential flow）亦称“势流”、“有势流”。流体在运动中，它的微小单元只有平动或变形，但不发生旋转运动，即流体质点不绕其自身任意轴转动。
雾化
通过喷嘴或用高速气流使液体分散成微小液滴的操作。被雾化的众多分散液滴可以捕集气体中的颗粒物质。液体雾化的方法有压力雾化，转盘雾化，气体雾化及声波雾化等。指使液体经过特殊装置化成小滴，成雾状喷射出去。流场
流场(Flow Field)：流体运动所占据的空间称为流场。某一时刻气流运动的空间分布。用欧拉法描述的流体质点运动，其流速、压强等函数定义在时间和空间点坐标场上的流速场、压强场等的统称。
流场一般有3种基本的流场形式：
①相对均匀的气流、略有弯曲的流线组成的气流。
②奇异线。常有风向不连续的间断线和分支或汇合的渐近线。
③奇异点。即流场中风速为零的静风点
2.雾化机理
雾化机理和雾化器性能的研究
关于雾化机理的研究，许多研究工作者已经做了大量工作。Rayleigh在1878年首先提出了非粘性液束在层流状态下散裂的数学表达式，并得出了“当液束的长度大于周长时就会不稳定而易于散裂”的结论。虽然这些条件实际并不存在，实际液束是粘性的紊流，还受周围空气的作用，但后来的理论中却常引用这个古典理论。Tyler(1933年)对水银束进行了研究，得出与Rayleigh十分相近的结论。Weber(1931年)将Rayleigh理论加以推广，考虑了液体的粘度、表面张力和密度等因素的影响。到20世纪30年代，液束的研究已经达到考虑了空气阻力对液束散裂影响的水平。在高速气流影响下，液束表面形成的规则波形由于速度增大而变得极不规则。Castleman(1931年)也分析过高速气流的扰动作用，认为雾化程度可从空气与液体之间的相对速度来调节，直接推论出“液束的稳定性是雷诺数的函数”。Ohnesorge(1936—1937年)找到了与雷诺数之间的关联式，他将液束的分散倾向用液体的粘度、密度、表面张力和液束尺寸等表示，并将自己的发现归结到用无因次数Z(Z′为韦伯数与雷诺数的比值)来表示液体散裂机理。在低雷诺数时，雾化主要是由于液束表面出现振动引起的；在中等雷诺数下，雾化程度则与液束上出现的波的运动有关；在雷诺数很大时，液束迅速分散，直接在雾化器边上雾化。这是液体雾化过程的初步简化。对于工业雾化器，由于液体分散过程进行得太快，无法分清液体散裂时各个阶段的情况，各种液体性质所起的作用也模糊不清。但普遍认为，雾化机理与雾化方法、操作条件以及流体的物理性质等因素有关
关于雾化器雾化性能的研究，很多研究工作者已经做了大量理论分析和试验工作。对于气流式喷嘴，拔山和棚泽是早期最著名的研究者，他们在1938年提出Sauter平均滴径和气液质量比及液体性质之间关系的经验式。Gretzinger和Marshall(1961年)、Kim和Marshall(1971年)也提出了平均滴径的经验关联式。Deyon和Karlan于1978年应用因次分析法获得了无因次平均滴径的关系
式。Cedik和Filkova(1985年)利用因次分析法对气流式喷嘴雾化性能进行了理论分析，并通过试验加以验证，得到了计算液滴尺寸的关联式。阎红等(1989年)对二流式喷嘴进行了试验研究，并得到液滴直径的经验关联式。虞子云等(1989年)，进行了二流式和三流式喷嘴的雾化试验，并得到了液滴直径的准数关联式。
Marshall(1950—1955年)在旋转式雾化器的雾化理论及性能预测方面做了大量研究工作。Walton和Prewett(1949年)以及Frazer(1956—1957年)，在旋转式雾化器的理论研究方面也做出了很大贡献。徐基璇等(1986—1989年)在旋转式雾化器的设计和研究方面做了大量工作。但是旋转式雾化器的理论研究还远不及于气流式或压力式雾化器，其雾化性能的计算值与实测值之间的差别还很大，大多数情况下的设计还是以经验为主。
3.喷嘴和雾化器
为了满足不同工作环境下的生产流程和实际工艺需要,同时考虑到雾化工质的理化特性,人们设计了各式各样不同类型的喷嘴和雾化器,按其适用的液体工质种类，流量大小，调控方法，雾化方式等可以划分出不同类别。
依照雾化机理的差异,主要有以下几种:
气体介质雾化喷嘴或气动雾化喷嘴，主要利用气体介质的动量以及两相之间的相互挤压加速剪切作用将液体雾化：如气体辅助雾化喷嘴(Air-aist Atomizers)，气喷雾化喷嘴(Air-blast Atomizers)及气泡雾化喷嘴(Effervescent Atomizers)等。
压力式雾化喷嘴:该类型喷嘴将液体通过小孔喷出,实现压力势能向动能的转换,从而获得相对于周围气体的较高的流动速度,通过气液之间强烈的剪切作用实现液体的雾化。
根据喷嘴内流动形式不同有平头喷嘴(Plain Orifice injectors)，离心喷嘴(Preure-swirl Atomizers)等。
4.雾化效果
旋流式喷嘴因为良好的雾化效果，在各类发动机上得到了广泛的应用，其结构形状的变化是影响其雾化效果的最重要因素，这些结构因素主要有三点，即旋流器沟槽数目、沟槽升角及出口段长度。
结论：(1)旋流器上沟槽的非对称分布可能会导致喷嘴雾化不均匀，从而
引起燃烧室内油气比例分布失调，产生局部富油或贫油，严重影响发动机工作性能。在喷嘴设计中，应该引起重视。
(2)旋流器沟槽升角的变化会对喷雾角及雾化效果产生明显的影响，一般来说升角越小，喷雾角越大，但另一方面是更小的升角需要更大的驱动压差，在喷嘴设计中应该综合考虑二者的影响，确定合适的沟槽升角。
（3)喷嘴出口段长度的变化会影响喷嘴的喷雾角大小，过长(L/d ＞ 3)的出口段长度会使喷嘴喷雾角减小，过短(L/d ＜ 1)的出口段不仅会使喷雾角变小还会使雾化效果不佳，在旋流式喷嘴的设计中，应该设计适当长度的出口段长度，以使喷嘴的喷雾效果达到最佳。
5.旋流燃烧配风技术
在实际生产中,油雾燃烧效率还与燃烧室内的流场形态有关,因此配风器的设计显得尤为重要。
目前工业上应用较多配风方式有叶轮式旋流配风器和平流式配风器等,运行原理都是通过蜗轮或叶片形成的旋转气流增强根部送风,促进燃料和空气的混合,而强旋流下形成的气体回流区则使燃烧的稳定性更好。目前人们对于液雾燃烧的认识尚在深入和完善阶段，关于旋流燃烧等还有很多问题待解决。下面我介绍一下旋流式燃烧器的工作原理：
燃烧器是煤粉炉燃烧设备的主要组成部分，它的作用是把煤粉和燃烧所需的空气送入炉膛，合理地组织煤粉气流，并良好地混合，促使燃料迅速而稳定地着火和燃烧。
旋流式燃烧器的工作原理，旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）。煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。射出喷口后在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的内边缘向外传播。与此同时，在旋转气流的外围也形成回流区，这个回流区叫外回流区。外回流区也卷吸高温烟气来加热空气和煤粉气流。由于二次风也形成旋转气流，二次风与一次风的混合比较强烈，使燃烧过程连续进行，不断发展，直至燃尽。
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