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1、特种加工-低压旋流喷嘴.背景意义z喷嘴，也称喷头，是很多喷淋、喷雾、喷油、喷砂、喷涂等设备里很关键的一个部分，起着重要的作用。利用喷嘴进行液体的雾化是一种常见的技术，由此生产的家用喷雾器可用于喷洒各种杀虫剂、香水、除臭剂等水剂、油剂液体，在家庭、宾馆及小型公共场所用于蚊蝇消灭、环境消毒、湿度调节、花卉喷淋、食用菌喷湿等用途。杀虫剂香水除臭背景意义z喷嘴在行业中的应用非常广泛，材质从不锈钢、塑料到碳化硅、聚四氟乙稀、PP（工程塑料）、铝合金和钨钢等，应用范围一般常用在汽车、电镀、表面处理、高压清洗、除尘、降温、脱硫、加湿、搅拌、园林等各个行业。灭火喷洒农药喷漆背景意义z其中，压力旋流雾化喷嘴以其
2、结构简单、雾化性能好、成本低的特点而应用广泛。近年来，在家用喷雾罐领域的应用中，由于高压灌装的结构存在易爆炸等安全隐患，不便长途运输与携带，使得人们越来越青睐低压喷嘴。z在施药方面，由于喷嘴结构不适或参数不优化，喷雾产生较多大粒子，在距喷嘴近处降落地面，能击中目标物的粒子很少，影响杀虫效果，而且还造成药剂浪费和环境污染。背景意义z所以，研究低压下雾化效果好的喷雾喷嘴很有必要，低压家用喷雾器由于其应用目的的不同，操作过程的差异,结构存在着较大的差别，但均基于流体喷射原理。在低压家用喷雾器的设计与改进过程中，为了进一步研究低压雾化喷嘴的喷雾特性，得到更好的雾化效果，必须对雾化喷嘴上游流场进行深入地
3、研究。z由于本研究所涉及的因素水平组合过多，直接进行实验研究，成本高，周期长，存在明显的局限性。随着计算机和数值计算技术的发展，20 世纪90 年代之后一些学者开始运用数值方法对旋流式喷嘴的内流场特性进行研究。但在低压家用喷雾器领域，这方面的研究尚少。故笔者采用数值仿真的方法，探究其中的规律，找出最佳的组合参数，以指导相应的实验研究。数学模型与求解方法z该文在家用手扣式喷雾器基础上，设计了图中的旋流喷嘴。并简化喷嘴模型，液体经圆形进液通道通过喷嘴入口分流进入螺旋槽中，经螺旋槽旋转后，沿切线方向流入旋流室产生高速旋流，经喷孔喷出形成旋转雾化雾炬。数学模型与求解方法z参数通径D为6 mm，螺旋体由
4、3个沿圆周成120角均布的凹槽组成;喷孔的直径d为0.5mm，长度l为0.5mm。通过改变旋流喷嘴的结构参数，如螺旋体的长度L、入口槽道截面积A、螺旋升角、螺旋槽形状、旋流室内锥角等参数，采用软件Fluent 6.2.16 对喷嘴雾化的速度场、压力场进行数值模拟仿真，确定旋流喷嘴雾化的流场特性规律，据此对雾化喷嘴的结构参数进行优化。数学模型与求解方法z模型假设：旋流喷嘴喷雾可以认为喷出的液滴(离散相)非常稀薄，因而颗粒-颗粒子间的相互作用、颗粒的体积分数对连续相的影响非常小而可以不考虑。同时对喷嘴流场作如下假设:流场为稳定的等温流场，不考虑能量交换，介质为常温不可压缩液体(水)；喷嘴入口和出口
5、的势能差很小，可以忽略不计；忽略质量力的影响。z边界条件：边界条件设置如下：采用压力入口，总压为0.4MPa，湍流强度为6%，水力直径为6mm；出口为压力出口，表压为0.1MPa，回流体积分数F=1(即回流均为空气)，回流湍流强度为5%，水力直径为0.5mm；壁面处采用无滑移条件，用标准壁面函数法处理。数学模型与求解方法z针对旋流雾化喷嘴内流场几何模型的复杂结构，按喷嘴的结构采用分块非结构化网格划分，在旋流室及喷孔处进行局部网格加密，整个模型划分网格单元数155 770 个，节点数124 248 个，划分后的网格如图所示。模拟结果与分析z螺旋体长度L对雾化特性的影响 取同样的压力入口和压力出口
6、值，保持其他参数值不变，改变螺旋体长度。分别取螺旋体长度L为2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，通过模拟仿真，获得不同螺旋体长度下旋流喷嘴的出口速度。不同螺旋体长度喷嘴出口轴向速度不同螺旋体长度喷嘴出口切向速度模拟结果与分析z由以上两图知：螺旋体长度对喷嘴出口轴向速度的影响不大，其中螺旋体长度L=4mm时，旋流喷嘴的出口轴向速度和切向速度较高于其他长度时的速度。由下图知：螺旋体 长度对喷雾雾化角度影响不大，且同样L=4时对应的雾化角最大。因此L=4是比较适合的取值。螺旋体长度对雾化角的影响模拟结果与分析z螺旋槽入口截面积A对雾化特性的影响 改变圆弧型螺旋槽直径，分别取d=1.2mm，1.4
7、mm，1.6mm，1.8mm和2.4mm。通过模拟仿真，获得不同圆弧型螺旋槽直径所对应的入口截面积情况下旋流喷嘴的出口速度。不同圆弧槽直径喷嘴出口轴向速度 不同圆弧槽直径喷嘴出口切向速度模拟结果与分析z由上两图知：随着圆弧槽直径的增大，喷嘴出口轴向速度逐渐增大。从1.2mm到1.6mm，喷嘴出口切向速度逐渐增大，而1.8mm和2.4mm时几乎为0。z由下图知：圆弧槽直径越小，雾化角越大，槽道压力损失也总体呈增大的趋势，但在圆弧槽直径为1.6mm时，压力损失出现了减小的趋势。z综合考虑且取 D=1.6mm。圆弧槽直径对雾化角及压力损失的影响模拟结果与分析z螺旋升角对雾化特性的影响 改变螺旋槽的螺
8、旋升角，分别取20.0，23.0 ，32.5 ，40.0 ，进行仿真。不同螺旋升角喷嘴出口轴向速度不同螺旋升角喷嘴出口切向速度模拟结果与分析z由上图知：螺旋升角对喷嘴出口轴向速度分布影响较大，随着螺旋升角的减小，喷嘴出口轴向速度减小。而螺旋升角为32.5时的喷嘴出口切向速度最大。理论上，出口切向速度越大，雾化效果越好，且雾化角也越大。z由下图知：螺旋升角越小，喷嘴雾化角越大，且压力损失更严重。可见，螺旋升角存在一个合适值，取=32.5时，能够达到一个较好的雾化角，且压力损失较小。螺旋升角对雾化角及压力损失的影响模拟结果与分析z螺旋槽形状对雾化特性的影响改变螺旋槽形状，分别取螺旋槽形状为矩形，梯
9、形和圆弧槽，但保持各个形状的入口总截面积A不变，进行模拟仿真。由右图知：矩形槽和梯形槽的 轴向速度大体相当，且明显大于圆弧槽。不同螺旋槽形状喷嘴出口轴向速度模拟结果与分析z螺旋槽形状对雾化特性的影响z由右图知：矩形槽与梯形槽的出口旋流速度几乎为0，而圆弧槽的出口旋流明显大于二者。z综合上图和右图：圆弧槽流道明显优于矩形槽和梯形槽 流道。不同螺旋槽形状喷嘴出口切向速度模拟结果与分析z不同内锥角对雾化特性的影响z同样改变旋流室内锥角角度，分别取旋流室内锥角为90、110、120和130，进行仿真。z由右图知：旋流室内锥角为90和110时的出口轴向速度相对较大，且两者大体相当。内锥角为120时喷嘴出
10、口轴向速度较为平坦。不同旋流室内锥角喷嘴出口轴向速度模拟结果与分析z不同内锥角对雾化特性的影响z由右图知：旋流室内锥角为120时喷嘴切向速度最大。而角度为90和110时喷嘴切向速度几乎为0。这说明小角度的旋流室在整流的同时也降低了喷嘴的出口切向速度，而切向速度小不利于雾化。z综合起来，旋流室内锥角以120为佳。不同旋流室内锥角喷嘴出口切向速度结论z1)对于螺旋旋流喷嘴，螺旋体长度对旋流喷嘴雾化角的影响不大。z2)螺旋槽入口截面积、螺旋升角、螺旋槽形状及旋流室内锥角的结构和尺寸都会对喷嘴出口速度及雾化角产生较大的影响。其中：螺旋低压旋流喷嘴的螺旋槽入口截面积、旋流室内锥角存在一个合理的范围，使得喷嘴的雾化效果较佳。z3)增大螺旋升角，可提高喷嘴出口的轴向速度，有利于增大喷射距离，但雾化角减小，从而影响喷雾效果，故对喷嘴螺旋升角的选取还有待进一步的实验研究。z4)在不同的几种螺旋槽形状中，圆弧形螺旋槽的雾化效果最佳。z上述结果，对于低压家用喷雾器采用螺旋旋流喷嘴的设计和优化具有一定指导和参考意义。谢谢！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢