内混式雾化喷嘴内气液混合机理研究.doc

中国工程热物理学会 多相流 学术会议论文 编号：内混式雾化喷嘴内气液混合机理研究 李舟航, 吴玉新，蔡春荣，张大龙，龚迎莉，吕俊复，刘青 （清华大学热能工程系 热科学与动力工程教育部重点实验室, 北京 100084） (Tel: 010802, Email: thulizh06@) 摘要：对一个内混式双流体雾化喷嘴内部的混合和流动过程，以及近喷嘴区的两相流动特性进行了实验研究。结果表明，压力和气液质量比(GLR)对混合室内的流型有明显的影响，GLR的影响更显著。随着GLR的增大，混合室内流型由液栓状流过渡到环状流。近喷嘴区流动的稳定性取决于混合室内流动的稳定性。混合室内的流动和混合对喷嘴的雾化性能起主导作用。基于实验数据，提出了计算液体质量流量、喷嘴出口处气液速度滑移比和液膜厚度的模型，模型对操作参数的选取和喷嘴的设计有一定的指导意义。关键词：双流体雾化喷嘴；内混合；两相流流型；气液速度滑移比Fundamental study of gas-liquid mixing schemes in an internal-mixing atomizer Li zhouhang*, Wu Yuxin, Cai Chunrong, Zhang Dalong, Gong Yingli, Lu Junfu，Liu Qing (Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education, Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084,China) (Tel: 010802, Email: thulizh06@) Abstract: Gas-liquid mixing and flow regimes in an internal-mixing twin-fluid atomizer were studied experimentally. Results show that injection pressure and Gas to Liquid Ratio by mass (GLR) influence flow regimes in the internal mixing chamber obviously. GLR has a stronger effect on the two phase flow. As GLR increased, flow regimes transformed to annular flow from liquid slug flow. Mixing and flow regimes in the mixing chamber dominated atomization performance. Based on experimental results, a model was presented to calculate liquid mass flow rate, velocity slip ratio and liquid film thickness at the exit orifice. Keywords: twin-fluid atomizer; internal mixing; two-phase flow regime; velocity slip ratio 0． 前言 雾化喷嘴在锅炉燃油器和喷雾干燥等工业领域被大量地使用[1]。其中，双流体喷嘴 是应用范围比较广的一种雾化喷嘴。它通过将气体引入液体中，使两相间产生强烈相互作用，并产生不稳定的两相流动，这种相互作用将液体迅速破碎，形成较小的液膜，进而形成粒径很小的液滴。根据流体混合方式的不同，双流体喷嘴通常可以分为内混式、过渡式和外混式三种[2-5]。目前，锅炉内广泛使用的‘Y’型燃油器就属于过渡式双流体喷嘴。虽然‘Y’型喷嘴具有能在固定蒸汽-油流量比或固定蒸汽-油压力比下工作的特点，但是由于其气液混合空间有限，混合过程不够充分。此外，Ferreira等[2]已经指出，通过增加内混合空间可以提高‘Y’型燃油器的性能，因此对内混式喷嘴进行研究是有必要的。 在内混式喷嘴中，气体和液体在内混合室内发生剧烈的混合和相互作用，形成细小的液膜、液带和液滴。混合气-液工质从