气泡雾化喷嘴及其在农业施药中应用的展望.pdfVIP

气泡雾化喷嘴及其在农业施药中应用的展望1 战强，曾爱军，何雄奎，宋坚利，周继中 中国农业大学药械与施药技术中心，北京（100094 ） 摘 要：介绍了气泡雾化喷头的雾化原理、结构特点和主要特点，总结了气泡雾化喷嘴试验研 究的成果。研究表明，气泡雾化喷嘴可以在较低的压力和较小的气液质量比下获得很好的雾化 效果，但喷嘴的结构参数和工况强烈影响其雾化性能。结合农业施药作业要求，分析得出气泡 雾化喷头完全可以在农药施用技术上应用。 关键词：气泡雾化 喷头 施药 1 引言 气泡雾化是A. H. Lefebvre等人于1988 年首先提出的一种新的雾化方法，最开始被称作充气 液力雾化(Aerated-liquid Atomization) 。当时主要是为解决航空发动机喷嘴喷口由于燃油氧化生 成难分解的物质堵塞喷嘴喷口的问题，但气泡雾化由于需要一个高压源限制了它在航空上的应 用。然而，由于气泡雾化能够造成液体的二次雾化从而产生非常细的雾滴，从而使其在高粘度 的重油、渣油燃烧器上得到了很大的发展。 20世纪90年代起我国一些学者对气泡雾化喷头进行了一些研究。研究表明，气泡雾化喷嘴 相具有明显的优点：其雾化颗粒的索太尔平均直径SMD≤40µm，尺寸分布指数N 2 ；喷嘴对液 体粘度不敏感；雾化介质需要的压力低而耗量少；流量系数比较低，相对出口比其它型式喷雾 器大等。 2 雾化机理 气泡雾化喷嘴的雾化机理完全不同于压力和气动雾化，它是把压缩空气以一定的方式混合 到液体中，并使两者在喷嘴混合室内形成稳定的泡状两相流动。其机理在于气、液两相在混合 室内形成气泡流动,气体的介入增加了出口处液体的流动速度,有助于液体的雾化,气体在喷嘴出 口处对液体的挤压作用使液体形成液线,并且气泡因内外压力差的变化在出口处急剧膨胀直至 [1, 2, 3] 爆炸,将液线炸成更小的颗粒 。 Lefebvre 等认为影响气泡雾化喷嘴雾化性能的主要因素有：①均匀泡状流的形成；② 高速 膨胀过程中气泡是否聚结； ③气泡的大小和数量。这些因素不仅与流体的性质有关，还与喷嘴 的结构形式、出口大小、工作参数以及空气的供给方式等因素密切相关。图1是气泡雾化喷嘴雾 化过程图，图2是出口附近的压降情况[4, 5, 6] 。 1基金项目：国家十五攻关项目(2004BA516A02，2001BA504B-05) ；国家自然科学基金(301001130) * ：博士，副教授，硕士生导师，北京市圆明园西路 2 号中国农业大学理学院，100094 曾爱军 Email ：aijunz@ 。 -1- 图 1 雾化机理 图 2 出口处的压力变化 Fig 1 atomization mechanism Fig 2 Pressure jump at the nozzle exit 3 国内外研究现状 国内外学者对气泡雾化进行了广泛的研究，并已在很多领域得到了应用。国外的研究始于 20世纪80年代，以A.H.Lefebvre为代表的学者对其各个方面包括雾化性能及雾化机理进行了大量 研究，国内对气泡雾化的研究主要是在北京航空航天大学和天津大学，研究得领域集中在航空、 发动机、重油雾化等。从这些研究可看出，国内外研究者研究最多的是雾化颗粒的大小、速度 分布、喷雾角、流量特性[7] 。 3.1 雾化粒径的研究 雾化的粒径大小是评价喷嘴质量的重要指标，影响粒径大小的主要参数有注入压力、气液 质量流量比、雾化液体性质和喷嘴内部结构等。 3.1.1 注入压力的影响 Lefebvre 的试验采用水作为雾化液体，较低的气体注入压力下进行试验，表明增大雾化压力 [8] 雾化平均粒径会减小