特种加工-低压旋流喷嘴..教学提纲.ppt

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1、特种加工-低压旋流喷嘴..背景意义喷嘴，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其中，压力旋流雾化喷嘴

2、以其结构简单、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。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

3、行深入地研究。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参数通径D为6mm，螺旋

4、体由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β、螺旋槽形状、旋流室内锥角α等参数，采用软件Fluent6.2.16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:①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)；

5、②喷嘴入口和出口的势能差很小，可以忽略不计；③忽略质量力的影响。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155770个，节点数124248个，划分后的网格如图所示。模拟结果与分析螺旋体长度L对雾化特性的影响取同样的压力入口

6、和压力出口值，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=1.2m

7、m，1.4mm，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。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1.6