雾化技术第一章.ppt

河北工业大学能源与环境工程学院 雾 化 技 术 研究生课程 S13C0102 液体燃料燃烧的特点 1859年，得雷克首先利用钻探的方法开采石油，随着提炼技术的提高，液体燃料开始在工业中的应用日趋广泛。19世纪末20世纪初，内燃机的发明使液体燃料开始得到大规模应用，人们才开始对液体燃料的燃烧机理、燃烧过程进行研究。 陆游的《斋居记事》中记载：“书灯勿用铜盏，惟瓷盏最省油，蜀中有夹瓷盏，注水于盏唇窍中，可省油之半。”他还在《老学庵笔记》中，对这种省油灯的省油原理作了详细说明：“《宋文安公集》中有省油灯盏诗。今汉嘉有之，盖夹灯盏也。一端作小窍，注清冷水于其中，每夕一易之，寻常盏为水所灼而燥，故速干。此独不然，其省油几半。” 液体燃烧的特点 雾化就是利用喷嘴将液体燃料破碎为细小颗粒的过程，其目的是增加蒸发表面积，强化燃料与助燃空气的混合，从而保证燃料迅速、完全的燃烧。 雾化是一个纯粹的物理过程，是外力与液体本身的表面张力和粘性力之间相互竞争的结果，是一个耗功过程。表面张力总是试图使液体保持最小的表面积，而粘性力则抑制液体的变形；只有当外力足以克服表面张力与粘性力时，液体才会变形、破碎成为液滴颗粒。而大液滴是不稳定的，在环境气流作用下，会继续变形、破碎，该过程称为二次雾化过程；只有当液滴直径满足一定的条件时，才会稳定下来，不再破碎。 第一章 单个液滴的破碎过程 实际流体都是有粘的，尤其是重油、渣油等液体燃料更是高粘度流体，并且大量的实验结果显示，液体粘度对于液滴的破碎和液体的雾化过程具有相当显著的影响。因此，为了考虑液体粘滞性的影响，在液滴破碎临界条件中又引入了另外一个无量纲Ohnesorge数，定义为： 液滴破碎模式 （Liu 和Reitz） 第三章 液膜的破碎过程 不同We数下液滴的变形速率 不同We数下液滴的破碎模式 破碎照片显示：小液滴随气流运动，并有液滴合并现象 袋装破碎模式在低We数下出现 液滴初始直径184微米，出口4毫米距离后，液滴平均直径为93微米 液滴破碎距离减小、径向动量减小很快 在不稳定表面波及表面张力作用下，液滴迅速破碎，瑞利-泰勒波形作用强烈。出口4毫米后，破碎过程基本完成。 针式喷嘴、扇形喷嘴、平流喷嘴、旋流喷嘴、转杯喷嘴或预成膜喷嘴出口会形成不同截面形状的液膜。液膜的破碎过程主要受流动特性、气液物理性质等影响；液膜在气体扰动作用下，在表面形成表面振动波，波幅逐渐放大并于顶端破碎成为液线、带或者环，这一阶段称为初次雾化，然后上述线、环继续破碎成为小液滴。 对平面液膜射流的研究结果显示，低黏度液膜更易于破碎成为液片，高粘度液膜则易于碎裂成为液线。并且，黏度越低，所形成的小颗粒液滴越多，这说明液体粘性对液膜破碎具有明显的影响。 1、平面液膜破碎 平面液膜不稳定性分析 连续液膜在周围气体扰动作用下，将形成表面波，表面波的不稳定性将导致液膜破碎。如图，表面张力将阻碍液膜表面的变化，将凸起部分推回原位置，但气流扰动将促使液膜表面变形，并推动液膜向下游方向移动。 力的平衡： 曹建明等利用线形不稳定理论研究平面液膜破碎过程发现：1、当粘性液膜进入不可压缩气体介质时，液膜表面的非对称表面波将主导液膜的破碎，并且越接近湍流，液膜越容易破碎。2、当粘性液膜进入可压缩气体介质时，依然是非对称波形表现得更不稳定，且马赫数越大，表面波增长率越有显著增大，因此气体的可压缩性将加速液膜破碎。 York提出了平面液膜射流破碎时间与长度的关联式： Arai等根据试验结果拟合的破碎长度关联式为： 根据实验结果，Fraser 将环状液膜破碎归纳为三种模式，即边缘（Rim）破碎、波动（Wave）破碎和穿孔（Perforated-sheet）破碎。 在液膜的最前端，表面张力促使自由表面收缩成环，然后这个环在气流中破碎成为一串平行大液滴，称为边缘破碎；当液体的表面张力与粘性力较大时，边缘破碎模式起主导作用。 在穿孔破碎模式中，液膜表面出现很多孔洞，这些孔洞迅速增大，致使相邻孔洞之间的液膜形成不规则形状的液线；然后，在表面振荡波作用下，液线将破碎成为大小不一的液滴。 在液膜表面没有孔洞的区域，存在轴向和径向表面波，波幅振荡迫使液膜发生破裂，形成液线，这就是波动破碎模式。 Fraser R P, Research into the performance of atomizer for liquids, Imp. Coll Chem Eng Soc, Vol 7, 1953 2、环状液膜破碎 * 用途 喷雾干燥 药物喷洒 喷雾燃烧 医疗 表