第29卷第2期苏 州 大 学 学 报(工 科 版)V o l.29N o.2 2009年4月J O U R N A LO FS U Z H O UU N I V E R S I T Y(E N G I N E E R I N GS C I E N C EE D I T I O N)A p r.2009
文章编号:1673-047X(2009)-02-038-05
基于F L U E N T的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析
郭 杰1,冯志华1,曾庭卫2
(1.苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021;2.宝时得机械(苏州)有限公司,江苏苏州215021)
摘 要:采用流体动力学计算软件F L U E N T,对喷气织机主喷嘴引纬气流场进行较完整的三维数值模拟,与相关文献的实验值进行比较,结果证明了基于F L U E N T软件对喷气织机主喷嘴的气流流场进行数值分析的有效性与可行性,而且数值仿真优点较试验更全面,可解释喷嘴芯出口处的压力降低等试验难以观察的现象,为主喷嘴的设计提供了理论指导。
关键词:喷气织机;主喷嘴;F L U E N T;三维数值模拟
中图分类号:T S103.33+7;0358 文献标识码:A
0 引 言
计算流体力学(C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s,C F D)技术的发展为喷气织机主喷嘴的多维理论研究带来新思路和新方法。传统喷气织机主喷嘴的分析以实验为基础,分析的周期较长,试验的费用较高。随着计算机内存和并行技术的发展,数值模拟开始更为广泛地应用于节流装置的设计和流场分析中[1]。C F D是一种有效地研究流体动力学的数值模拟方法,它大大减少了试验费用、时间。近年来,C F D越来越多地应用于流体设备的设计和流场的分析中,在计算机上完成一次完整的计算及分析,就相当于在计算机上做一次物理实验,数值模拟可以形象地再现流动情景[2]。因此,C F D成为一种重要的设计和分析方法。本文使用广泛应用于C F D行业的F L U E N T软件分析主喷嘴内部压缩气体的流动情况。实验方法会受到模型尺寸、传感器或探针对流场的干扰、流场扰动、测量精度的限制,有时难以实现。
1 主喷嘴的结构特点及作用[3]
主喷嘴的结构及描述见文献[4]。
目前主喷嘴的主要应用分为两类:一类是用于管道片式喷气织机;另一类是用于异形筘式喷气织机,目前该类主喷嘴的使用范围较广泛,故为本文的主要研究对象。
主喷嘴的作用主要有两方面:①将进入主喷嘴的压缩空气按工艺要求进行调制,加速并充分地作用于纬纱表面,使纬纱从静止加速到引纬所需要的飞行速度;②将纬纱输送到异形筘槽内,并确定纬纱正确进入异形筘槽内的角度和位置。
2 喷气织机主喷嘴C F D模拟的数值方法研究
C F D方法研究基于流体流动的质量、动量和能量守恒的3个传递方程,对于不同相态的工作流体可能还要添加适当的状态方程。为了使方程有解,通常添加湍流模型来处理雷诺应力项。
收稿日期:2008-11-20
作者简介:郭 杰(1984-),男,硕士研究生,主要研究方向为机械动力学及控制。
基金项目:横向资助项目(编号P1117704)。
第2期 郭 杰,冯志华,曾庭卫:基于F L U E N T 的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析39
2.1 数学模型
湍流模型一般有一方程模型、二方程模型、代数应力模型以及雷诺应力模型等。随着计算机硬件技术及湍流理论的深入发展,已有诸多问题的C F D 研究引入了大涡模拟方法进行湍流的高级数值模拟。喷气织机主喷嘴数值模拟广泛采用的是标准k -ε二方程湍流模型[5]。
2.2 控制方程
由于喷气织机主喷嘴喷射气流的特性与圆形射流的结构特点,本文在文献[5]试验研究基础上作出如下假设[4-5]:①主喷嘴内部的压缩气体为高速可压缩非定常理想气体;②由于速度很高,所以为湍流;③主喷嘴的工作过程为绝热。
非定常可压气体可以由以下的N -S 方程描述:
t
ΨW d V+∫ Ψ∮F-G d A = ΨH d V (1)式中:Ψ———控制体; Ψ———控制体边界面;W ———求解变量;F ———无粘通量;G ———粘性通量;H ———源项。另有:w =ρ
ρu
ρw
ρE ,F =ρU ρU u +p t ρU v +p j ρU w +p k
ρU E +p U ,G=0τx i τy i
τz i
τi i v i +q 式中:ρ———密度;u 、v 、w———速度分量;E———单位体积总能;U ———速度矢量;P———压力;i 、j 、k ———单位矢量;
τx i 、τy i 、τz i 、τi j
———粘性力;q ———热对流项。3 网格划分
划分好的三维主喷嘴网格如图1所示。
图1 主喷嘴网格分析图
4 F L U E N T 数值模拟及分析
4.1 数值模拟分析
将划分好的网格模型导入F L U E N T 后,首先定义尺寸单位(本文为m m ),然后检查网格,如果网格体积小于0,即负网格,说明网格类型或网格大小不合适,需重新划分网格[6]。然后选择算法,定义材料,进行边界值设定,再进行初始化以及迭代计算,最后对迭代的结果进行分析,得出需要的结论。
本文使用F L U E N T 6.3版本,采用D e n s i t y B a s e d 隐式,定常算法,对应的物质为i d e a l -g a s 湍流模型进行k -e p s i l o n 两方程的R N G 模型计算,设定收敛条件为0.001。给定入口压力为0.4M P a 时进行迭代运算,当进行到26800步时收敛。
4.2 数据分析
附表为由文献[6]的试验数据而得到的压力与马赫数值。
苏州大学学报(工科版)第29卷40
附表 出自于文献[6]的试验数值
距主喷嘴出口的距离/m m4575105
压力P/P a177540155950123690
马赫数/M0.750.841.04
利用F L U E N T软件,在距纬纱20m m处从主喷嘴内部开始测量喷嘴中心的压力,得出如图2、图3所示的引纬气流压力及马赫数分布图。
图2 供气压为0.4MP a时的压力随中心距离变化的计算曲线 图3 供气压为0.4MP a时的马赫数随中心距离变化的计算曲线由图2可以看出,从纬纱入口处开始,引纬气流的压力小于外界大气压,此时引纬气流的速度很低,可以忽略不计;当从储气包来的压缩气流进入第一气室后,引纬气流的压力有减小趋势,这时在喷嘴芯出口处的高速压缩气流作用下,此处的引纬气流产生负压,此时引纬气流的速度逐渐增加;当快到达喷嘴芯出口处时,引纬气流的压力继续减小,此时引纬气流的速度由前面的增大趋势转变为减小趋势。当引纬气流到达喷嘴芯出口时,压力急剧下降,然后又急剧上升,此时速度产生一个较大的波动;当引纬气流进入导纱管后压力持续下降,直到离开导纱管后逐渐与大气压力接近,在此过程中引纬气流速度不断增大,直到到达导纱管出口时达到最大。由图3可知,本文方法解决了在目前的试验中无法测量喷嘴芯内部的压力与马赫数的缺点。
图4与图5分别为基于F L U E N T的喷气织机主喷嘴三维气流引纬数值模拟值与实验值的压力值对比图及马赫数对比图。
图4 供气压力为0.4MP a时模拟值与实验值的压力值对比图5 供气压力为0.4MP a时模拟值与实验值的马赫数对比 由图4与图5可以看出,使用F L U E N T对喷气织机主喷嘴的引纬气流进行三维模拟分析所得出的结果与文献[6]的实验结果是相符合的,因此可以利用F L U E N T软件对喷气织机主喷嘴进行三维数值模拟分析。
主喷嘴内部引纬气流速度矢量图如图6所示。
第2期 郭 杰,冯志华,曾庭卫:基于F L U E N T的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析41
图6 供气压力为0.4MP a时主喷嘴内部引纬气流速度矢量图
从图6可以看出,在主喷嘴内部压缩气流入口处,压缩气体的速度非常快(矢量曲线分布很密)。但是在纬纱入口处,气体的速度比较慢,随着压缩气流及引纬气流逐渐运动到喷嘴芯出口,两者的速度逐渐趋于一致,在主喷嘴的出口处气流的速度迅速减小。
图7 供气压力为0.4MP a时喷嘴芯出口处的速度矢量图
喷嘴芯出口处的速度矢量图及压力分布图分别如图7、图8所示。从图7中可以清晰地看出,在喷嘴芯出口处产生了一个涡,此时由一些从储气包来的压缩气体由喷嘴芯出口进入喷嘴芯(气流的运动方向如图中的箭头所示),由质量守恒定律和能量守恒定律可知,此处产生负压,所以在此处引纬气流的压力会急剧下降,但是引纬气流一流过该处就会被来自储气包的压缩气体加速,所以速度急剧增大。而由于涡流的作用,此处的引纬气流的速度会产生波动,同样,经过该处后,在来自储气包的压缩气流的作用下,速度急剧增大,并且在导纱管中继续增加,直至离开导纱管后减小。结合图3可知,在喷嘴芯出口处引纬气流的速度有两次较大的波动,因此会对引纬过程产生不利的影响。
图8 供气压力为0.4MP a时喷嘴芯出口处的压力分布
苏州大学学报(工科版)第29卷42
5 结 论
本文基于F L U E N T软件对喷气织机主喷嘴内部气流引纬过程进行了较为完整的三维数值分析。本文不但给出了主喷嘴外部速度及压力的变化过程,而且给出了主喷嘴内部速度及压力的变化过程,克服了试验研究的局限性。本文还解释了主喷嘴芯出口处压力及速度急剧变化的原因。
参考文献
[1]孙德志.基于F L U E N T的不同喷嘴轮廓线形对流出系数影响分析[J].计量技术,2007,12(2):3-6.
[2]袁东栩.基于F L U E N T的喷气织机主喷嘴气流场分析[J].苏州大学学报(工科版),2007,27(2):14-17.
[3]严鹤群,戴继光.喷气织机原理与运用[M].北京:中国纺织出版社,1996:22-40.
[4]郭兴峰.喷气织机引纬气流速度的分布规律[J].天津纺织工学院学报,1996,15(4):27-30.
[5]王福军.计算流体动力学分析———C F D软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004:185-253.
[6]I s h i d a M,O k a j i m a A.F l o wc h a r a c t e r i s t i c s o f t h em a i n n o z z l e i na na i r-j e t l o o mP a r t I:M e a s u r i n g f l o wi nt h e m a i n n o z z l e[J].T e x t i l e R e s e a r c hJ o u r-
n a l,1994,64(1):10-20.
3DA n a l y s e s o n t h e I n n e r F l o wF i e l d o f t h e M a i nN o z z l e i nA i r-J e t L o o m s B a s e do n F L U E N T
G u o J i e1,F e n g Z h i h u a1,Z e n g T i n g w e i2
(1.S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g,S u z h o u U n i v e r s i t y,S u z h o u215021,C h i n a;2.P O S I T E CM a c h i n e r y S u z h o uL T D,S u z h o u215021,C h i n a)
A b s t r a c t:T h e F L U E N T o f C F Di s u s e d t o p e r f o r m n u m e r i c a l s i m u l a t i o n f o r t h e3Di n n e r f l o wf i e l d a n a l y s i s o f t h e m a i n n o z z l e o f a i r-j e t l o o m s i n t h i s p a p e r.T h e n,c o m p a r i s o n h a s b e e nm a d e b e t w e e n t h e n u m e r i c a l a n d t h e e x p e r i-m e n t a l v a l u e s t e s t e d b y o t h e r i n v e s t i g a t o r s.R e s u l t s s h o wt h a t F L U E N T i s a p o w e r f u l a n d u s e f u l t o o l f o r t h e n u m e r i c a l a n a l y s i s o f t h e f l o wf i e l d o f t h e m a i n n o z z l e o f a i r-j e t l o o m s.R e s u l t s a l s o s h o wt h a t s u c h a n u m e r i c a l a n a l y s i s m e t h o d i s b e t t e r t h a n t h e t e s t m e t h o d t o s o m e e x t e n t d u e t o t h a t t h i s m e t h o d c a n e x p l a i n t h e r e a s o n o f s u d d e n p r e s s u r e f l u c t u-a t i o n a r i s i n g f r o mt h e c h a n g e o f c r o s s-s e c t i o n a r e a a t t h e o u t l e t o f m a i n n o z z l e c o r e,w h i c h,i s h a r d t o b e o b s e r v e d i n o t h e r s e x p e r i m e n t r e s u l t s,a n d g i v e a v e c t o r g r a p h o f t h e a i r f l o wa n d a n a c a d e m i c g u i d a n c e f o r t h e d e s i g n o f m a i n n o z z l e.
K e y w o r d s:a i r-j e t l o o m;m a i n n o z z l e;F L U E N T;3Dn u m e r i c a l s i m u l a t i o n
?１６?重型机械 洗用扇形喷嘴的结构形式进行了相关研究，并通 过实验得到了喷嘴磨损随时问变化的规律。 Ｍａｄｈｕｓａｒａｔｈｉ等怕１通过实验方法研究喷嘴长度、 喷嘴人口角度、喷嘴直径、水压力等对喷嘴磨损 的影响。Ｓｃｈｗｅｔｚ等＂ｏ针对不同材料喷嘴的磨损 情况进行了对比研究。左伟芹等¨ｏ通过将喷嘴 设计成可拆分形式，分析了不同时间喷嘴各断面 的磨损情况。 为了更好的适应连续生产企业对生产节奏的 苛刻要求，在通过改进喷嘴的设计来延长其使用 寿命的同时，研发一种能够减少喷嘴更换时间、 实现喷嘴自动更换的装置，也是解决喷嘴更换与连续生产这一矛盾的有效途径。本文就喷嘴快换装置的实现方法及所带来的密封性问题展开研究。 １喷嘴快换装置的结构 喷嘴快换装置主要由喷嘴快换机构、传动系统及相关辅助系统组成，如图１所示。 １．喷嘴快换机构２．高压液体流人管３．联轴器 ４．驱动电机５．支架６．电机支架 图１喷嘴快换装置整体图 Ｆｉ昏１Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｇｍｐｈｏｆｒａｐｉｄｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｏｆｎｏｚｚｌｅｓ １．１喷嘴快换机构 喷嘴快换机构主要由旋转盘、固定盘和伸缩阀组成，如图２所示。 旋转盘可以绕自身轴线自由转动，旋转盘一端有多个喷嘴安装位，可以一次安装多个喷嘴；旋转盘另一端为长轴形，并通过键槽和联轴器等部件与传动系统相连接。固定盘固定不动，对旋转盘起支撑作用，固定盘通过轴承和压紧支架等部件来限制旋转盘多余的自由度；同时固定盘上装有伸缩阀可以在喷嘴快换机构工作时起到密封的作用。 １．喷嘴２．旋转盘３．压紧螺柱４．压紧弹簧５．压紧球 ６．压紧支架７．螺钉８．固定盘９．轴承 ｌＯ．轴用挡圈１１．伸缩阀．Ａ一液体进口 图２喷嘴快换机构组成图 Ｆｉｇ．２Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉａｇｒ啪ｏｆＩａｐｉｄｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｏｚｚｌｅｓ １．２传动系统 旋转盘上均匀分布的多个喷嘴安装位，需要驱动源带动旋转盘转动时能够精确的定位，同时可以有较好的时间响应和方向控制。综合旋转盘驱动精度和控制成本等方面的因素，本装置采用开环控制的步进电机旧１作为驱动源。 步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是它接收数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。它可开环位置控制，输人一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量。步进电机的角位移量与输入从脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可获得所需的转角、速度和方向。这种增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比，成本明显降低，而且几乎不必进行系统调整。 ２喷嘴快换原理及自动控制的实现 ２．１喷嘴快换 该装置工作时只有一个喷嘴的人口通过旋转盘和固定盘上的流动与外部通人的高压液体接通，其它喷嘴处于待命状态。当需要更换喷嘴时控制系统给驱动电机发送信号，驱动电机带动旋转盘转过相应的角度，使下一个喷嘴处于工作位
喷嘴的常用知识 脱硫除尘一般为湿式脱硫除尘，湿式脱硫除尘有水膜脱硫除尘，冲击水浴脱硫除尘等。湿式除尘的优点是易维护，且可通过配制不同的除尘剂，同时达到除尘和脱硫（脱氮）的效果；缺点是除尘液需处理，可能导致二次污染。不锈钢螺旋喷嘴是一种实心锥形或空心锥形喷雾喷嘴，喷流角度范围可为50°-170°。在3巴压强下，液体流率范围为5.5-4140升/分。这种结构紧凑的喷嘴有着畅通的流道设计，可以最大程度地减少液体阻塞，使液体在给定尺寸的管道上达到最大流量。 喷嘴有内、外螺纹型。通常1/4英寸－2英寸的喷头可分别用黄铜、316不锈钢铸件、TEFLON聚四氟乙烯或聚氯乙材料制造的。如需应用于特殊领域，也可采用其它材料制造。 液体（或料浆）通过与连续变小的螺旋面相切和碰撞后，变成微小的液珠喷出而形成雾状。喷嘴腔体内从进口至出口的流线型设计使得阻力系数降至最低，因而螺旋喷嘴适用于各种岗位。例如：化工、环保、电力、纺织等众多工业领域，特别是烟气脱硫除尘行业应用更为广泛。其耐磨性、耐腐性、成雾性、防堵性已被该行业众多用户所接受。 螺旋喷嘴液体通过与连续变小的螺旋线体相切和碰撞后，变成小液滴喷出，并且喷嘴腔体内从进口至出口的畅通的通道设计最大程度的减少了阻塞现象的发生。螺旋喷嘴的主要使用特点如下： 1、使用效率高。在3公斤使用压力下，单个喷嘴的流量可以达到25吨/小时。 2、雾化效果好。 3、防堵塞。 4、喷雾速度高。 5、物理尺寸小，结构紧凑。 适用范围 1、废气洗涤； 2、气体冷却； 3、洗涤与漂淋过程； 4、防火灭火； 5、使用于烟气脱硫系统； 6、使用于除尘降尘系统 特点 1、永久不堵塞； 2、材料不锈钢耐腐蚀 碳化硅喷嘴是一种新陶瓷材料，具有耐高温、抗氧化、高强度、耐极冷极热、抗热震性好、高温变小、热传碳化硅喷嘴 [1]导性好、耐磨、耐腐蚀等特点。作为节能耐火材料在卫生陶瓷、日用瓷、电瓷、磁性材料、微晶石、粉末冶金、钢铁热处理等行业的高温窑炉中被广泛应用，由它制成的各种部件也逐渐应用在发电、造纸、石油、化工、机械密封、水泵、表面处理、热交换、选矿、航天等领域https://www.doczj.com/doc/ee11423736.html,/
汽轮机喷嘴调节与节流调节的比较 摘要：本文介绍汽轮机设计的喷嘴调节和节流调节的实用性比较，认为喷嘴调节适用于汽轮机功率裕度比较大的机组，美国、中国比较流行；节流调节适用于功率裕度较小的机组，欧州比较流行。通常节流调节在全负荷时的经济性较好，负荷降低以后会比喷嘴调节稍差。机组发展到超超临界参数以后，喷嘴调节的一些机组顺序阀需要三阀同时开闭，失去了低负荷运行时经济性能较好的优点。本文提出了一些改进措施以飨读者。 0 引言 汽轮机组的配汽机构有两种方式，一种是节流调节，另一种是喷嘴调节。前者在任何负荷下都保持全周进汽，不易产生高压转子的汽隙振荡，全负荷运行时的经济性较好，但低负荷运行时的经济性较差；后者设有调节级，第一级叶片的焓降较大，级后的温度和压力较低，有利于转子寿命，降低通流级数，但部分进汽时容易产生高压转子的汽隙振荡。 本文将介绍汽轮机组的配汽机构经济性的比较，同时对电网高峰时段切除给水高压加热器的方式做了计算。与机组利用小时和机组额定功率定义之间的关系和比较，如何排除因配汽机构引发的汽隙振荡等问题。为此，首先假定机组的年运行小时为8000，运行方式和利用小时如表1所示：。 利用小时6400小时5600小时4800小时 100%负荷3000- 1700 600 75%负荷3600 3000 2000 50%负荷1400 3300 5400 其次为使比较简化，需要配汽机构典型化。先把节流调节分作两种：一种是纯节流调节，对应额定负荷时，调节汽门节流5%运行；另一种是节流调节加过负荷阀，过负荷阀的开启点定在THA点，旁通阀通到高压缸大约1/3位置的第5级后；喷嘴调节分4组，前3组喷嘴假定带到THA工况点，第4组对应第4调节阀，用在机组夏季高背压所对应的额定功率之用，并留有5%余度。 最后还必须认为机组的通流设计水平相仿，加工精度一样，假定机组高压缸各压力级的设计效率相等，定为90%，而调节级的效率比压力级约低10个百分点。以上三点假定，目的是为了对汽轮机组的配汽机构有一个清晰的分析，并不代表实际机组的性能。 1 喷嘴调节与节流调节度比较 众所周知，国际电工委员会IEC对汽轮机额定功率的定义比较宽松，囊括了世界上各主要国家的标准，其中之一是：规定背压所发出的最大连续功率。欧洲国家的一些制造厂标准认为，规定背压指的是可利用水源年均温度所对应的背压，这种规定可保障一年内有半年的时间可以发出额定或稍多的功率，另半年受到限制；我国过去采用苏联标准，改革开放以后引用美国企业的标准，认为规定背压指的是夏季最高温时段冷却水平均温度（35°C）所对应的背压，这种规定可保障全年基本满发额定功率，受限制的时间很少。两种规定对机组保证热耗率的验收工况却颇为一致，都规定在额定电功率和可利用水源年均温度所对应的背压。 两种定义在机组保证热耗率的验收工况下的进汽裕度也不一致，欧洲工厂标准在额定电功率时留了大约3~5%，我国10%或稍大，这就产生了配汽机构选择的差别。欧洲选用节流调节，在考核点上对于超超临界参数每节流5%，对应热耗率损失0.3%，约22kj/kwh；喷嘴调节由于调节级的效率较低，通常该级功率占高压缸功率的15~20%，因此会影响高压整缸效率下降1.5~2.0%。应该注意，高压缸效率降低将使进入锅炉再热器的蒸汽温度升高，对整机效率的影响并不是乘以高压缸的功率比，而要扣除上述影响，据美国ASME试验规
第一章喷头改进设计的必要性 喷雾喷头是通过一定方法，将液体分离细小雾滴的装置，目前在使用的一般是采用减小喷口直径，这些喷头雾化效率低，水量小， 第二章喷嘴设计及计算 喷嘴是喷头的重要部件，也是直接影响喷灌质量和喷头水力性能的一个部件。它不但要最大限度地把水流压能变成动能，而且要保持稳流器整理过的水流仍具有较低的紊流程度。 喷嘴的结构形式一般有下列三种： 1． 圆锥形喷嘴 圆锥形喷嘴由于其结构简单，加工方便而被大量应用于喷头，其结构如图。圆锥形喷嘴的主要结构参数是：喷嘴直径D c,喷嘴圆柱段长度l,喷嘴内腔锥角。 有的喷头为了提高雾化程度或增加喷头近处的水量，而在喷嘴出口处增加一粉碎螺钉，其结构见图。由于射流撞击在螺钉上，增加了碰撞阻力以致影响了喷头的射程及喷洒均匀度，所以现在除了个别喷头外已很少采用加粉碎螺钉的结构。 2． 流线形喷嘴 为了使水流平顺，有的喷头设计成流线形，以减少水流冲击损失。流线 形喷嘴结构如图所示。 苏联维多新斯基为流线形喷嘴的设计提供了计算公式：
实验表明，水流不很平顺的喷头采用流线形喷嘴，喷头射程能增 加8~12%。但水流很平顺的喷头采用流线形喷嘴，喷头的射程增加很微小。由此可见，流线形喷嘴能使水流平稳从而提高喷头射程。 3。流线圆锥形喷嘴 流线圆锥形喷嘴是上述两种形式之结合，图12就是这种形式的喷嘴。从图可以看出来，水流自喷管先经过喷嘴的流线形段，继而经过圆锥形段。从加工来说，凸流线形喷嘴易于加工。由于圆锥形喷嘴有结构简单，加工方便等优点，所以目前喷头大多采用圆锥形喷头。 第二节 喷嘴直径的确定 喷嘴直径是一个重要的数值，它直接影响到喷灌质量，如喷灌强度，均匀度和雾化程度。它又和喷头的结构和水力性能有极为密切的关系，诸如喷灌直径Dcm ，喷头流量，射程和工作压力等。 由于喷头喷出的射流是高压高速水流的孔口出流，所以可应用水力学的圆形孔口出流公式计算。即： Q= 2 24 gH D 式中： 0H =2 H 其中， Q—喷嘴流量 --流量系数 0D -射流收缩断面的直径0H -射流收缩断面的压力 -流速系数 H-喷头工作压力
喷嘴不同喷雾方式及其应用与喷嘴排布 1、喷嘴流量公式的分析 1)流量及锥角均偏小，可研磨加大喷口直径dc，此时的流量系数u降低，a值增大，流量仍然显著增大。这足由于喷口面积Fc=πr2增大的作用超过u减小的作用(喷口阻力减小)。dc 增大时，旋流增强，a增大。 2)流量偏小，锥角偏大，可增大切向槽(孔)尺寸，几何特性A减小，进入旋流室的人口速度减小，中心气体旋涡半径减小，有效喷出环形面积增大、qv增加，旋流减弱，a减小。 3)锥角偏小，可研磨喷口端面，以缩短喷口长度Le。减小Le将使喷口阻力减小，有利于a明显增大.Le太小会恶化雾化质量。 4)喷嘴的燃油分布的不均匀度与许多因素有关，并且主要受喷嘴零件加工质量的影响，将在后面再作说明以上性能调整一般原则也可以作为设计计算中参数调整的指导性条款。1、喷雾方式及其应用 目前欧美国家的多家喷嘴专业生产公司为锅炉生产燃油燃烧器上的喷嘴，基本上都是带旋流锥的单油路压力雾化喷嘴，并且可以提供不同喷雾方式的喷嘴，各个公司以不同代号加以区分，按欧洲标准分为五种(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)，非欧洲标准分为三种(实心S，空心H，半实心B)。 所谓喷雾方式就是垂直喷雾锥的截面上燃燃油分布不同，大体上可以区分为空心及超空心)、半空心、实心(或称弥散型)等。 不同喷雾方式与供油量、喷雾锥角要求有关，有的与点火、燃烧噪音及污染性能有关。一般空心喷雾的火焰短，实心的火焰长。 上述不同喷雾方武的形成，主要是在旋流锥与喷孔之问采取了不同结构措施： 有的是在旋流锥出口端加装一个不同结构尺寸的孔板(含旋流室与喷口)； 有的是在旋流锥出口端的内凹圆孔的尺寸不同等。 具体结构尺寸很难经理论计算确定，而是通过反复试验后才可以确定。 另外喷雾方式也随流量(或油压)变化，当流量增大，喷雾锥的空心度也增大。 总之，通过改变燃油进人旋流室的切向和径阳分速的关系，以实现不同喷雾方式。 上述多种喷雾方式实际上可分为空心和实心锥两大类。 除此之外，还有一种扇形喷雾方式，即喷雾呈大张角扇片式展开，因此也称为扇片式喷嘴。不同喷雾方式可以在单一液体工质机械雾化喷嘴上实现，也可以在液态丁质的空气(或蒸汽)雾化喷嘴上实现。不同的喷雾方式各有其特点，人们利用其特性应用于不同的燃
紧耦合气流雾化喷嘴的设计与制造 1前言 先进的粉末制备技术是现代粉末冶金科学的基础,是相关新兴高技术产业的先导。高性能、低成本粉末的广泛应用不仅改变了粉末冶金工业的生产内容,而且促进了生产方式的变革。发展高性能粉末及其制备技术,已成为当今材料科学与工程研究中一个十分活跃的高科技前沿领域。气雾化制粉具有环境污染小、粉末球形度高、氧含量低以及冷却速率大等优点,经历近200 年的发展,目前已经成为生产高性能金属及合金粉末的主要方法。雾化方法制取的粉末已占到当今世界粉末总产量的近80 %。 气体雾化技术是生产金属及合金粉末的主要方法。雾化粉末具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生产成本低以及适应多种金属及合金粉末的生产等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。气体雾化的基本原理是用一高速气流将液态金属流粉碎成小液滴并凝固成粉末的过程。其核心是控制气体对金属液流的作用过程，使气流的动能最大限度的转化为新生粉末表面能。雾化过程是个多因素、多参量变化的复杂过程, 其中喷嘴是雾化装置中使雾化介质(气体等) 获得高能量、高速度并将雾化介质的能量集中传递给熔融金属的部件, 它对雾化效率和雾化过程的稳定性起重要作用，同时喷嘴的结构和性能决定了雾化粉末的性能和效率。 气雾化方法制备粉末,即利用高速气流作用于熔融液流,使气体动能转化为熔体表面能,进而形成细小的液滴并凝固成粉末颗粒。其
历史起源于19世纪20 年代,那时人们利用空气雾化制取有色金属粉末。尽管气雾化技术比粉末冶金技术的起源滞后了近千年,但发展速度非常快,到19 世纪30 年代,就形成了至今仍普遍使用的两类喷嘴:自由落体和限制式喷嘴,如图所示。 自由落体喷嘴设计简单、不易堵嘴、控制过程也比较简单, 但雾化效率不高。限制式喷嘴结构紧凑,雾化效率显著提高,但设计复杂,工艺过程难于控制。因此,气雾化技术在随后一段时期里发展缓慢。随着二次世界大战的爆发,铁粉烧结零件需求量剧增,为此,人们开始寻求更理想的铁粉制备技术。Hanmitak 发明了一种称为DPG的气雾化制粉工艺,成功制取了铁粉,人们把这种铁粉叫做R1E 粉。Mannesman 利用锥形空气气流粉碎熔融铁水的方法同样制得了高性能的铁粉,这就是著名的曼内斯曼法,其基本原理一直沿用至今。雾化铁粉球形度高,表面光洁,适应于大批量生产。
■瞄鎏圈囝ｉＩ 气体流量标准装置喷嘴设计及流出系数修正木 单纯利 王瑞岭 （沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司产品检验检测中心，沈阳１１００４３） 摘要扼要阐述了临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置的基本工作原理，详细介绍了系列临界流文丘里喷嘴喉部育径设计方法；提出了喷嘴流出系数修正的必要性和计算公式。 关键词临界流文丘罩喷嘴；气体流量标准装置；喷嘴喉部直径设计；流出系数修正ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉＳＳｒＬ １０００—０７７１．２００９．０７．０４２ Ｏ 引言 ‰ 黎明航发集团为满足企业能源计量需求，研制完成一套正压法音速喷嘴气体流量标准装置，标准装置核心部分采用临界流文丘里喷嘴组。 ｌ 吼。 音速文丘里喷嘴工作原理 临界点 ｐ?Ｚ如 喷嘴（管）是个孔径逐渐缩小的流道，孔径最小的流道部分称为喷嘴的喉部。不带扩张管的喷嘴称之为音速喷嘴或临界流喷嘴，形状如图１（ａ）所示；带扩张管的喷嘴称之为音速文丘里喷嘴或临界流文丘里喷嘴，形状如图ｌ（ｂ）所示。音速喷嘴和临界流文丘里喷嘴下作原理是相同的。图１中：Ｐ。为上游压力，Ｐ，为下游压力。 既 图２音速喷嘴流量、节流压力比关系图 ％＝詈∥ｃｃ砌／√等 （１） 式中：ｑ。为通过临界流喷嘴的质量流量；ｄ为喷嘴喉部直径；Ｃ为喷嘴流出系数；Ｃ。为临界流函数；ＪＰｏ为喷嘴前气体的滞止压力；ｒｏ为喷嘴前气体的滞止温度；Ｒ为通用气体常数，其数值为８３１４．５１Ｊ／（ｋ?ｔｏｏｌ?Ｋ）；Ｍ为空气千摩质量，其数值为２８．９６２５ｋｇ／（ｋ?ｍ０１）。
每一种口径的喷嘴在达到临界的条件不变时，通过喷嘴的质量流量也不变，这个特性成为校准流量计的理论基础。 ２ ：—＝．ｐ上……．＆～’≥：二＝＝ｊ，． （ａ）音速喷嘴 ／一／——＼ （ｂ）音速文丘里喷嘴 图１音速（文丘里）喷嘴截面形状图 当气体处于亚音速时，喷嘴（管）喉部的气流将随节流压力比Ｐ１／Ｐｏ减小而增大。当Ｐ。／Ｐｏ小到 一定值时，喉部流速达到最大流速一音速，即达到 所谓的临界流。此时，若Ｐ。不变，再减小Ｐ。，流速将保持不变，即不受下游压力的影响。在临界状态下，通过喷嘴的流量如２图所示。 这Ｈ寸，通过喷嘴的质量流量ｑ。只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受下游状态变化的影响。质量流量公式为 系列音速文丘里喷嘴设计 音速文丘里喷嘴在校准装置中作为流量传递 标准，应选用没有凹坑、气孔、不夹有杂质、有稳定性热膨胀特性的不锈钢材加工。音速文丘里喷嘴由标准装置和扩散段组成，之间衔接过渡要平滑，无毛刺。经过实流标定，音速文丘里喷嘴气体流量准确度应优于０．２％。在满足压力０．１—０．８ＭＰａ、温度≤５０℃的条件下，可校准的流量范围为５～ ?基金项目：国防军工计量“十五”科研项日（Ｊ０５２００１ＢＯＯＧ） ?５２? ｉ±量蕉莶！螋：№Ｚ 万方数据 ３８００Ｎｍ３／ｈ，累计流量为多个喷嘴的组合值。２．１辅助计算２．１．１折合质量流量计算 查阅《流量测量节流装置手册》，在标准状态（２０。Ｃ，１０１３２５Ｐａ）下，空气的密度ｐⅣ＝ １．２０４１ｋｇ／ｍ３。 ２．２．２最小喉径计算 按本装置０．１ＭＰａ表压力（绝对压力０．２ＭＰａ）为下限设计，滞止温度％取２９３．１５Ｋ（２０℃），最小喉径对应的气体流量为５Ｎｍ３／ｈ（质量流量为０．００１６７２３ｋｇ／ｓ）。２．２．３辅助计算数据 根据式（２）一（４）的计算结果，可确定最小喉径