《烟草加料喷嘴雾化过程的数值模拟及效用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
分类号密级ＵＤＣ昆明理工大学硕±学位论文烟草加料喷嘴雾化过程的数值模拟及效用研究研究生姓名杨欢指导教师姓名、职称袁锐波教授学科专业机械制造及其自动化研究方向流体传动与控制论文工作？２０起止日期２０１３年９月１５年４月论文提交时期２０１５年４月 学位论文使用授权书本论文作者完全了解学校关于保存、使用学位论文的管理办法及规定，即学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权屋明理工大学可将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国博±／优秀硕±学位论文全文数据库》进行信息服务，也可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存或汇编本学位论文。注：保密学位论文，在解密后适用于本授权书。作者签名；导师签名：／＾足＾＿＿＾｝＾＞皮年乂月日＾护年０巧学院ｉ：在曲Ｘ後渗燒学号：五专业； 附件Ｈ学位论文出版授权书我同意将本人学位论文著作权中的数字化复制权、发行权、汇编权和信息网络传播权的专有使用权在全巧界范围内授予中国学术期巧（光盘版）电子杂志社（下＂＂简称杂志社），同意其在《中国优秀博硕±学位论文全文数据库》和ＣＮＫＩ系列数据库中出版，未经杂志壮书面许可，我不再授权他人数字化形式出版本文。我同意《中国优秀博硕±学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。如有任何第Ｈ方未经杂志社许可使用本人论文，杂志社应追究其法律责任，诉讼的全部费用由杂志狂承担。胜诉后，由杂志社与本人按５：５的比例分配所获赔偿金。作者签名：摘戎如皆年＾月ｊ令曰学位论文作者信息。芯题目Ｘ因葦州种》＾囊化德的灰曲娘狀竣巧种爱Ｉ罕中气ｎ名兩次学号。＇￣＾公灰公答辩曰期＞《年全月山曰Ｉ心Ｉ｜＿＿＂论文级别博±口硕±回院／系／所如私王避勒叛专化机：腺矣Ｉ连足沫自幼么联系电话Ｅｍａｉｌ通信地址巧：Ｅ编）备注；□公开□保密（年月至年月）（保密的学位论文在解密后应遵守此协＿＿＿＿＿议）－－联系电话：０１０６２７９１９５１６２７９３１７６６２７９０的３传真；０１０６２７９１８１４－４通信地址：北京清华大学邮局８４８信箱采编中也邮编：１０００８４ 一遵守学术行为规范承诺本人己熟知并愿意自觉遵守《昆明理工大学研究生学术规范实施细则（试斤）》的所有内容，，不存在学术不端行为承诺所提交的毕业和学位论文是终稿，且论文的纸质版与电子版内容完全一致。二独创性声明本人声明所提交的论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加＂标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得昆明理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 摘要烟草加料曠嘴雾化过程的数值模拟及效用研究摘要在卷烟生产中，受料均匀的优质烟丝是卷制高质量香烟的重要保证，而对制一丝加料工序的研巧也一直是业内关注的重点。但是对烟叶烟丝均匀施料是道复杂的多学科交叉的工序，并且受到加工条件的限制，通常采取试凑结合经验的手段对其开展研巧，并不能完全揭示加料过程的本质规律，制约着卷烟的精细化发展。本文介绍了烟草制丝过程中加料工序的发展现化深入调研了烟厂加料喷雾系统－，提出Ｗ烟草加料喷嘴为研巧对象，从其雾化过程切入，采用理论数值模拟－实验的研究方法揭示加料雾化过程的本质规律。首先深入研究了喷雾技术的发展现巧及雾化形成的机理，明确了评价雾化效果的定量指标，并将雾化细度及喷雾锥角作为评价指标引入到加料工序中。然后根据生产工艺，研究了描述雾化过程的数学模型，采用ＫＨ破碎模型和动态曳力模型，结合ＣＦＤ技术对喷嘴的内流场及外流场进行数值模拟，实现了喷嘴内外雾化流场的可视化。最后设计相关生产试验，通过检测样品得到不同工况下的加料均匀性及料液利用率，从而验证理论模型的正确性。此外本文经过调研各大知名卷烟厂的加料喷雾系统，参照其加料原理，Ｗ满足机理研究为目梳自主设计了实验台原理图，并利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软一件建立了实验台Ｈ维模型，为下步机理实验研究奠定基础。本文研巧的加料喷嘴是压缩空气作为引射介质，在料液流量不变的情况下，经理论研巧发现随着入射气压增大，喷嘴出日速度增大，雾化形成的雾滴越细；实驗研究发现喷嘴入射气压为３．５ｂａｒ时获得的加料均匀性比２．５ｂａｒ高２．３９％，但是料液利用率相对降低４．２７％。这表明入射气压的増大，有助于提升雾化效果，促进烟叶烟丝对料液的吸附。但是由于雾滴过细，易发生飘散不利于提高料液利用率。关键词：卷烟加料均匀性；；料液利用率；雾化；喷嘴Ｉ ＡｂｓｔｒａｃｔＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍ山ａ杜ｏｎａｎｄＵｔｉｌｉｔｙＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｎＡｔｏｍｉｚｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆＴｏｂａｃｃｏＦｅｅｄｉｎｇＮｏｚｚｌｅＡｂｓｔｒａｃｔＤｕｒｉｎｇｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｃｉｇａｒｅｔｔｅ，ｑｕａｌｉｔｙｔｏｂａｃｃｏｓｈｒｅｄｗｉｔｈｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｒｅｃｅ－ｉｖｅｄｆｌａｖｏｒｓｉｓｔｈｅｉｍｏｒｔａｎｔｕａｒａｎｔｅｅｆｏｒｈｉｇｈｕａｌｉｔｃｉｇａｒｅｔｅａｎｄｓｔｕｄｉｅｓｏｎ化ｅｐｇｑｙ，ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｏｆａｄｄｉｎｇｆｌａｖｏｒｓｆｏｒｒｏｄｕｃｉｎｔｏｂａｃｃｏｓｈｒｅｄｈａｓａｌｗａｓｂｅｅｎｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｐｇｙ＊ｔｒｔｈｅｉｅｓｅａｒｃｈｅｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎｔｈｉｓｉｎｄｕｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒｔｈｅｈｏｍｏｅｎｅｏｕｓａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｙ，ｇｐｐｆｌａｖｏｒｓ化ｔｏｂａｃｃｏａｎｄｔｏｂａｃｃｏｓｈｒｅｄｉｓ泣ｃｏｍｌｉｃａｔｅｄａｎｄｍｕＵｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｒｏｃｅｄｕｒｅｐｐｉ－－她ｄｉ加ｅｄｂｙｒｏｃｅｓｓ沾ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ？柿ｅｍｅａｓ腦ｏｆｃｕｔａｎｄｔｒｙｉ打ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｐｇｅｘｅｒｉｅｎｃｅｈａｓｕｓｕａｌｌｂｅｅｎｔａｋｅｎｔｏｃｏｎｄｕｃｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｉｔｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｎｏｔｐｙ，ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｒｅｖｅａｌ化ｅｕｉｎｔｅｓｓｅｎｔｉａｌｌａｗｏｆｔｈｅｒｏｃｅｓｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｆｅｅｄｉｎａｎｄｔｈｕｓｈａｓｑｐｇｌｉｍｉｔｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｏｆｃｉａｒｅｔｔｅ．ｐｇＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｒｏｃｅ泌ｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｔｏｂａｃｃｏｓｈｒｅｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｐｐ，ａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｉｎａｄｄｉｎｆｌａｖｏｒｓａｔｏｍｉｚｉｎｓｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｔａｋｅｓｇｇｙ化ｅａｔｏｍｉｚｉｎｇｎｏｚｚｌｅｉｎａｆａｃｔｏｒｙａｓｔｈｅｔａｒｇｅｔ妃ｒｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｂｅｇｉｎｓｆｒｏｍｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｕｌｖｅｒｉｚａｔｉｏ打？Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒ化ｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｐｕｌｖｅｒｉｚａｔｉｏｎｉｓｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｕｌｖｅｒｉｚａｔｉｏｎｆｉｎｅｎｅｓｓａｎｄｔｈｅｓｒａｙｃｏｎｅａｎｌｅｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏｐｐｇｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｆｅｅｄｉ打ｇｒｏｃｅｄｕｒｅｓａｓｔｈｅｉｎｄｅｘｅｓｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．ＴｈｅｎｔｈｅＫＨｂｒｏｋｅｎｐｍｏｄｅｌａｎｄｄｙｎａｍｉｃｄｒａｆｏｒｃｅｍｏｄｅｌｈａｖｅｂｅｅｎａｄｏｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｏｄｕｃｔｉｏｎｇｐｐｐｒｏｃｅｓｓ化ｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅＧＦＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ化ｃｏｎｄｕｃｔｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｅｒｏｃｅｓｓｏｆｕｌｖｅｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｒｅｌａｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｈｐｐｙ，ｅｄｐｅｘｅｒｉｍｅｎｔｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｎｅｄａｎｄｓａｍｌｅｈａｖｅｂｅｅｎｅｘａｍｉｎｅｄｓｏａｓ！ｐｇｐｓ：〇ｏｂｔａｉｎｔｈｅｃｈａｒｇｉｎｇｕｎｉｆｏｒｍｉｔａｎｄｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｌｉｕｉｄｔｈｕｓｖｅｒｉｉｎｔｈｅｙｑ，ｆｙｇｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓｔｈｅａｄｄｉｎｇ日ａｖｏｒａｏｍ－ｓｔｉｚｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｍａｎｙｆａｍｏｕｓ化ｂａｃｃｏｃｏｍｐａｎａｎｄｄｅｓｉｎｔｈｅｔｅｓｔｂｅｄｙ，ｇｆｏｒｖｅｒｉｆｙｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆａｔｏｍｉ之ｉｎｇｍｅｃｌ巧ｎｉｓｍ．Ｔｈｅｎｉｔｓ３ＤｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｄｉｎｇｂｙＳｏｌｉｄｗｏｒｋｓａｎｄｌａ过ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｎｅｓｔｅｘｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈ．，ｙｐＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｔａｋｅｓｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄａｉｒａｓｔｈｅａｔｏｍｉｚｉｎｇａｅｎｔ，ａｎｄｗｈｅｎｔｈｅ扫ｏｗｏｆｔｈｅｇＩＩＩ 昆明理工大学硕±学位论文ｍａｔｅｒｉａｌｌｉｑｕｉｄｒｅｍａｉｎｓｕｎｃｈａｎｇｅｄ，ｉｔｈａｓｂｅｅｎｆｂｕｎｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｔｈｅｉｎｃｏｍｉｎａｉｒｐｒｅｓｓｕｒｅａｓｗｅＵａｓｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｅｅｄａｔｔｈｅｏｕｔｌｅｔｏｆｔｈｅｎｏｚｚｌｅｔｈｅｆｔ）ｇｐｇｄｒｏｐｓｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｕｌｖｅｒｉｚａｔｉｏｎｗｏｕｌｄｂｅｃｏｍｅｆｉｎｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ化ｔｈｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔｐｐａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｃｈａｒｉｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔａｔｔｈｅｉｎｃｏｍｉｎ过ｉｒｒｅｓｓｕｒｅｏｆ３．５ｂａｒ，ｇｇｙｇｐｗａｓ２，３９％ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔａｔ２．５ｂａｒｂｕｔｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｌｉｑｕｉｄｗａｓ４．２７％ｌｏｗｅｒ．ＴｈｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｉｎｃｏｍｉｎａｉｒｒｅｓｓｕｒｅｗＨｌｌｅａｄ１：０ｇｐｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｕｌｖｃｒｉｚａｔｉｏ打ｅｆｅｃｔａｎｄｇｏｏｄａｂｓｏｒｐｔｉｏ打巧ｓｕｉｔｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｆｏｇｄｒｏｐｓｗｅｒｅｔｏｏ巧ｎｅａｎｄｌｉａｂｌｅｔｏｄｒｉｆｔａｗａｙ，ｓｏｉｔｉｓｎｏｔｈｅｌｐｆｂｌｆｏｒｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｌｉｑｕｉｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｔｏｂａｃｃｏ；ＴｈｅＣｈａｒｇｉｎｇＵｎｉｆｏｒｍｉｔｙ；ＴｈｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎＲａｔｅ；Ｐｕｌｖｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ＮｏｚｚｌｅｒＩＶ ＾１＾目录ｍ＾．：ＩＡｂｓｔｒａｃｔＩｌｌ一章绪论第１．１１课题研究背景１１．２制丝加料工序的国内外研究现状１１．３ＣＦＤ技术在制丝加料工序中的运用１１１．４课题的来源及研究内容１３１．４．１课题来源１３１．４．２研究内容１３第二章曠嘴雲化机理研究现状１５２．１烟草喷雾系统介绍１５２．２喷雾概述１７２．３影响喷雾效果的因素２３２．４评价指标２６２．５雾化模型研究现状２７２乂本章小结３５第兰章喷曠雾化过程的数值模拟３７３．１计算流体动力学ＣＦＤ）３７（简介３丄１ＣＦＤ仿真软件介绍３７３丄２计算模型的选择４２３丄３流场数值计算的方法４４３．２喷嘴建模４５３．３喷嘴内流场仿真与数值模拟４６３．３．１气相内流场数值模拟４６３．３．２液相内流场数值模拟５３３．４喷嘴外流场数值模拟５６３．５本章小结５９第四章实验研究６１１ 慶明理工大学硕±学位论文４６１．１实验台设计原理图４６２．２实验台的关键参数４．３实验台的组成６２４．４实验平台控制元件选型６６４．５效用研宛６９４．５．１实验方案设计６９４．５．２检测方法７０－４二．５．３烟叶样品１２丙醇的测定７１，４．５．４结果分析７２４．６本章小结７３第五章结论与展望乃５．１结论７５５．２展望７５致谢７７参考娥７９附录Ａ攻读硕±期间科研成果８３ 第一章绪论第一章绪论１．１谋题研究背景一。烟草制丝过程是卷烟生产过程的核也，是决定卷烟制品质量优劣的关键环近年来，随着中式卷烟不断发展，国内烟草生产逐步从粗放型加工向精细化加工发展，需要不断深入的精细化的新加工工艺模式的精细化加工技术，给中式烟草制丝加工过程质量控制巧分析作出了很高的要求。而目前用于制丝加工过程的传统分析手段如均值、ＣＰＫ值、ＳＰＣ、ＭＥＳ等统计方法只能对单个工序的加工结果进行一定的分析评价；１）３），基本属于经验化定性推测方法；２）试验研究方法；物理实验验证方法＂＂，对复杂系统问题分析的具有典型的黑箱特点，即，Ｗ定性巧经验为指导构造特定的输入，变化外部激扰影响和控制参数，观察、统计、分一析结果（系统输出），调整输入参数再进入下轮实验，在对问题研究酌初期，或不具备内在关系理论支撑的情况下一，这样的研巧是有效的，可Ｗ获得定的成果，却没有也不能描述揭示复杂系统的本质和内部过程与特点，也不能揭示多因素的相关性和互相干性等，分析结果具有明显的盲目性、试凑性、答案的局部性（不全面）、优化性差、Ｗ及多因素多目标优化不可解等缺陷，而且耗资大、费时、模型重用性差，不能满足精细化研究的要求，不能有效地支撑卷烟精细化生产发展。烟叶加料过程是卷烟制丝过程中的一道非常核也的工序，是烟草制品形成独特风格的重要保障。加料工序是糖料通过喷嘴在雾化剂的作用下碎裂成细小液滴，对滚筒内运动的烟叶施加料液。而目前对于烟叶加料效果评价多依赖经验判断和工艺流量控制，这些方法不能完全客观的评价均匀性，难１＾＾反映真实的状况。对于滚筒内部料液喷嘴是如何完成斜液的喷洒过程所知较少。这种加工方式严重阻一碍了烟叶加料均匀性、准确性、烟叶品质的进步提高，制约了后续工序直至卷烟成品的品质提升一，成为卷烟生产中品质提高的个技术瓶颈。因此，有必要对工作状态下的喷嘴雾化进行机理性的探究。１．２制丝加料工序的国内外研究现状卷烟制丝工艺中的加料过程是一个系统、综合的多物理场稱合的过程，涉及烟叶加料工艺中滚筒内烟叶运动固相流、喷嘴雾化液相流及賴合因素等关键性问题的研巧，必须采用多相流、有限元、多场帮合等多种理论、技术和方法的综合，１ 昆明理工大学硕±学位论文才能完整揭示烟草物料在加工过程中运动、混合和变化等规律及与关键参数的关一系。任何单、孤立的研究将只能获得片面的结果与结论，将无法系统地提升烟草加工的品质。烟叶加料是卷烟制丝生产过程中重要的关键工序，不但使烟叶增香保润、提Ｗ升品质，也能使烟叶的含水率、温度满足后续工序的生产要求。近年来，卷烟生产制造科技工作者为了提高烟叶加料效果，围绕制丝加料加香机、喷嘴、喷雾工作介质等方面进行了非常多的局部改造与实验但对制丝加料均匀性系统的，行业内还没有相关的系统文献报道研究。在加料加香机的改进与试验方面，如针对制丝生产线烟叶加香加料机中加料不精确问题及烟叶出口含水率存在不稳定等问题，哈尔滨卷烟总厂将对加料入口Ｗ处振筛的孔径进行了放大改进，提高烟丝加料的工艺加工质量。针对润叶加料喷嘴雾化角度无法量化等问题，廖和滨等设计了基于表盘的加料喷嘴支架，实现了喷嘴角度的量化控制，有效提高了加料均匀性和稳定性上海高扬国际烟草有限公司深入研究了ＫＡＳ加香加料机，研究了这套机组加热蒸汽线路工艺特性的不足，自主研发了楠平广角组合喷嘴，在同等工艺条件下，加料液均匀性更好，Ｗ并使烟叶筒壁粘附量明显减少。济南卷烟厂依据第二次加香的技术工艺特点，Ｗ提出研制两条线路、两个喷嘴的工艺。针对香料喷洒过程中香料回收不完全的现象改造后，该设备的加料加香，李跃锋等对加料加香管路系统进行了优化设计，ＵＷ系统运行控制精度大为提升，提高了加料加香系统的精确性、经济性。在烟厂厂房温、湿度、干燥Ｗ及节能的上，针对制丝生产线加料设备出口物料温度不稳定且波动大的问题一一，改进了加料机物料温度控制系统在原基础上增加前馈控制环节和低流速蒸汽喷嘴、采用伺服气缸调节冷热风鬥、对落料抄板的角度进行调节等措施，从而缩小了出入口烟叶的温度跳跃，提高了控制系统的稳定性及精度。中国建筑设计研究院节能与新能源工程中也和南京工业大学利用ＣＦＤ分析方法和相关分析软件对湖北中烟公司的绿色工房进行了建筑能耗模拟、室内外新风利用模拟、室内温湿度模拟、日照模拟及采光模拟、自然通风模拟、ｉ－通风局部祸流区ｆＷ、不利污染物的扩散等，显著地降低了建筑总能耗。郑州烟草研究院烟草行业烟草工艺重点实验室和东南大学研究了烟丝生产过程中气流干燥机理，分析了重要的工艺条件，开发、改进气流干燥装备，分析了烟丝、烟ｓ叶等在流化床中的流化恃点ｔｗｉ。目前非常多的卷烟生产企业，其加香加料工序的加料系统均采用单喷嘴加工２ 第一章绪论，的方式，或者在入料端或者在出料端。但并未对烟草生产中加料喷嘴雾化进行系统化的深入研究，其喷嘴的喷射角度仅凭经验调节，没有度量工具，对喷嘴效果未进行量化验证。大部分针对喷嘴的研究主要集中于在冶金、燃烧、航空等行业，特别是我国对喷嘴的研究较国外晩。喷嘴作为雾化系统的重要元件，它对液体射流的雾化效果起着决定性作用，同时又制约着系统中的其它部件。喷嘴按其雾化方式和工作原理分为机械雾化喷嘴、介质雾化喷嘴、超声波雾化喷嘴和静电雾化喷嘴。机械雾化喷嘴又可分为压力式和旋转式－空气；介质雾化喷嘴又可分为空气雾化喷嘴、蒸汽雾化喷嘴和机械（蒸汽）组合式雾化喷嘴等。按应用范围分为燃烧设备上的应用和非燃烧设备上的应用。按喷雾工质分为气态、液态、固态及两相流喷嘴。按形状分为针形喷嘴、扇形喷嘴、柱形喷嘴、环形喷嘴等；按孔数分为单孔和多孔喷嘴；按压力分为低压、局压喷嘴等。喷嘴的发展最早是从内燃机所采用的燃料喷射装置而来的。１９世纪８０年代一，Ｗ前，由于石油的开发，内燃机主要燃用煤气作为燃料这时就需要种喷射装置来实现燃料喷射，１。随着工业技术的发展８８７年德国人首次利用汽化器在发动机进气道内雾化液体燃料，建立了喷嘴雾化的维形。到了１８９２年化赛尔发明一了柴油机，利用直射喷嘴喷射燃料，第次在柴油机上采用粘度较大、挥发性差的燃料进行雾化燃烧。２０世纪初有人对压力喷嘴进行改进，添加了螺纹螺杆，离、屯，喷嘴便随之产生，其利用燃油进入祸流室产生旋流雾化大大改善了燃油的雾化质量。２０世纪３０年代，人们探索出利用旋转金属盘、旋杯进行旋转喷雾来干燥粘±悬浮液的实验方法，因而便出现了机械雾化的旋转喷嘴。直到２０世纪６０年代，，随着燃气轮机燃烧室进口压力和温度的提高为了改善压为雾化喷嘴其燃烧室易于积炭，、冒烟、火焰筒壁温度过高等问题空气雾化喷嘴应运而生；对燃一气轮机来说，，空气雾化喷嘴克服了Ｗ上缺点是喷嘴技术上第次创新。此后又发展了组合式燃油雾化装置，即压力雾化和空气雾化相结合，是喷嘴技术的第二次创新，。近代由于航空事业的发展继而又出现了应用于航空燃气轮机的高压空气雾化喷嘴，将低压空气雾化改用髙压空气或蒸汽雾化满足重渣油的高粘度燃油雾化要求一，又是喷嘴技术新的进展。在雾化高粘度液体的同时，为了更进步改善高压空气雾化喷嘴的雾化质量，第兰次创新的气泡雾化喷嘴技术得到了发展，其利用高压空气使液流产生气泡，并经喷口高速喷出爆破为雾。液体射流的雾化基本上是在喷嘴或者雾化器中进行的。喷嘴的形式虽然多种３ 昆明理工大学硕－上学位论文多样，但在物理本质上燃油的雾化过程基本相同。工业锅炉和发动机所燃烧的燃料大多数为液体，其在喷射进入燃烧室内必须进行雾化，。要使燃料雾化首先必须使燃料通过设计的流路发展为液束、液膜或者细射流，或者由金属盘、旋杯做高速旋转运动带动液体形成薄膜；然后通过雾化，利用液体射流自身的表面张为作用，，，再利用气体扰动作用或液膜运动的动力作用使射流或液膜失稳进而碎裂成片状，、线条状和大颗粒液滴液体碎片或细丝收缩成球形液滴最后碎裂为；一细小液滴。就目前对于喷嘴的雾化技术研究，有人将其过程分为王部分；是射流在喷嘴内部的流动阶段；二是射流经过喷嘴喷出后由液束碎裂为雾滴的阶段；Ｈ是雾滴在气体中的进一步碎裂阶段。其中第二阶段是主要的，可用空气动力干扰说来解释。通常情况下，提高液流与周围气流么间的相对流动速度被认为是实，改善雾化效果最有效方法现液体喷射雾化，其相对流速越高，喷射雾化的平均一粒径将越小。为了获取较大的相对速度，类喷嘴主要是将高速运动的液体燃料喷射进入相对低速或静止是气流介质中，典型的喷嘴包括直射式喷嘴、离心式喷一嘴、旋转式喷嘴；另类喷嘴则是将低速液体射流喷射进入相对高速运动的气流介质中，如两相流喷嘴（空气雾化喷嘴）等。一从１９世纪８０年代首次将喷嘴用于喷雾燃烧至今，人们直对喷嘴的雾化技术进行着探索研究，不仅从流体力学、气体动力学、工程热力学和数值方法等来研究喷嘴的雾化技术；而且还从喷嘴的内部结构来研充喷嘴雾化。其中应用最为广泛的喷嘴有机械雾化喷嘴（包括直射式喷嘴、离也式喷嘴、旋转式喷嘴等）和介质雾化喷嘴（包括两相流喷嘴等）。１、机械雾化喷嘴机械雾化喷嘴主要借助了机械加压的形式，，使液体加压形成高速运动的液体射流，，并将高速运动的液体喷射进入相对低速或静止是气流介质中从而碎裂雾化的喷嘴、。主要包括直射式、离屯式、旋转式喷嘴等。（１）直射式直射式喷嘴主要是利用液体高压使液体燃料直接经小孔高速射出而完成雾化的喷嘴，即平孔喷嘴，，其应用最为广泛最典型的是柴油机的孔式喷嘴。另外在喷气式发动机、冲圧发动机、火箭发动机和航空加力燃烧室中也被广泛应用。它的雾化过程如图１．１所示。当射流经孔径较小的喷孔时，随着液体压力升高、喷射速度增大，通过液体粘性、表面张力Ｗ及空气动力的相互作用，液体由滴流、平滑流、迁移流、波状流向喷雾流过渡。射流流速大会促使射流端流程度和空气４ 第一章绪论动力增强，，从而促进射流碎裂而液体粘度和表面张力的增强往往会阻碍射流碎裂。其优点是结构简单，价格便宜；缺点是雾化性能较其它类型喷嘴差，需要较高的喷射压力，且喷雾锥角较小，工作范围较窄。因此，直射式喷嘴通常适用于气流流速较高和液体流量较小的情况。ｉ哪ＩＰ哪關晒。ｆＩ过，。ＩＩ咕儀々Ｉ片的＊＇ａ班带状膜状滴下平滑流迁移流波巧流喷雲流喷雲流图１．１直射式愤嘴雲化过程－Ｆ１１Ｔｒａｒｏｃｅｓｏｆｒｅｃｎｅｃｏｎｎｏｚｚｅｉｇ．．ｌｉｅｓｐｙｓｄｉｔｉｔｉｌｐｊ２、、离屯式喷嘴离必式喷嘴主要利用高压液体经旋流装置所产生的离屯、力形成液膜，从而被空气碎裂而雾化。主要应用于燃气轮机、工业锅炉、飞机发动机、航空祸轮发动机等轻质燃料（如轻柴油、煤油等）的各类燃烧设备Ｗ及农业灌概、医学和日常生活等非燃烧设备。它的雾化过程如图１２所示。．离也式喷嘴的雾化特性取决于燃料的压力，在油压较低时，喷射速度较小，主要靠液体燃料的表面张力和惯性力的作用，此时表面张力起主导作用，表面张力克服惯性力使液膜收缩为液泡，喷曰处形成螺旋型锥膜；随着压力的增加，受惯性力的影响液膜失稳，碎裂为大颗粒液滴，，；当压力更高时此时液体射流速度增大液膜在离开喷口后立即被雾化为细小液滴一。离也式喷嘴的主要特点是喷嘴内部装置个开有切向槽并且能够产生祸流的环形垫片，形成液体祸流式的喷雾；当高压燃料经过切向槽和旋祸室、、时，レ，在离屯力的作用下旋转喷出并雾化，形成锥角较大的空右雾化锥体或ッ辅助冲击等方式破碎雾化。其具有不需雾化介质，能量消耗较少，操作运行简单方便，雾炬的流量密度分布较为理想压力调节范围较大比，，与空气雾化喷嘴相，５ 昆明理工大学硕±学位论文噪音小等优点，；但其液滴雾化质量较低，平均粒径较粗在液体燃料容量较小时，喷嘴易于堵塞，对燃料的过滤要求比较严格，并且燃斜粘度不能太高。对离也式－、喷嘴来说Ｔａｔｅ研究表明、，，空屯锥形雾化喷嘴的雾化液滴颗粒较大屯，中部位液滴尺寸较边缘分布的要大。ｉＴＴＷ？巧穿式东－／与呈，一‘ｙ？’．．．早巧巧）．叫巧：■■＇？？＊？？？、＊？Ｖ．；，．％，；；ａ）压力较小ｂ）压力较大Ｃ）压力大、图１．２离屯式喷嘴的雲化过程Ｆｉ．１．２Ｔｈｅｓｒａｍｃｅｓｓｏｆｃｅｎｔｒｉ扣ａｌｎｏｚｚｌｅｇｐｙｐｇ（３）旋转式喷嘴旋转式喷嘴的结构形式有转坏式、转盘式、甩油盘式等。主要利用旋转面（转杯、、转盘或甩油盘等）的高速旋转而产生离屯力来完成雾化的喷嘴。当液体喷射到高速旋转面时，由于离也力作用液体被甩出形成液膜，借助旋转体内部离私为和旋转体外部轴向气流的空气动力共同作用从而被雾化为更细小的液滴。转杯式喷嘴主要应用锅炉燃烧器、工业炉等，也可用于静电喷漆等非燃烧设备上；转盘式喷嘴主要用于静电喷漆、喷雾干燥等非燃烧设备上甩油盘式喷嘴主要应用于；小型燃气轮机、小型航机及煤油燃机上。它的雾化过程如图１．３所示。（ａ）当液体流量较小时，在离也为大于液体表面张力的情况下，转盘边缘会甩出少量大颗粒液滴，然后继续分裂为液滴；化）当旋转转速和液体流量増大时，液体将被拉一成较多线状射流且极不稳定，在离开转盘边缘定距离处割梨成小颗粒液滴（Ｃ）；若转速和流量继续増大，液线连成液膜，此时液膜向外扩展变得更薄，并高速旋转喷出，借助与气流的摩擦。，液膜分裂雾化为更细小的液滴其主要特点是对燃料中的杂质不太敏感，喷嘴不容易堵塞；燃料的供给压为相对较低，粘度比其它机械雾化喷嘴高；喷雾锥角较大，范围较广；雾化液滴大小和分布较为均匀；但其喷嘴的雾化颗粒较大，喷嘴结构较为复杂，喷射噪音大，设计要求较高，维护６ 第一章绪论困难。ａ？．。（）〇？。〇〇？－、－〇．〇？＊，－，二．＞（的（Ｃ）图１．３旋转式愤嘴雲化过程Ｆ．１．Ｔｉ３ｈｅｓｒａｒｏｃｅｓｓｆｒａｔａｔｉｎｎｏｚｚｌｅｇｏｇｐｙｐ２、介质雾化喷嘴介质雾化喷嘴主要借助于低速液流与高速气流的相对运动，使液束或液膜雾化一，般Ｗ两相流（双流体）喷嘴为主），包括各种空气（蒸汽雾化喷嘴也称空气助力式雾化喷嘴－。此外，介质雾化喷嘴还包括机械空气（蒸汽）组合式喷嘴。１（）两相流喷嘴两相流喷嘴的雾化原理是利用一定压力的空气（蒸汽）等同轴、垂直或切向进入喷嘴内部，形成高速气流：当相对低速运动的液体射流进入高速气流环境中，作为能量载体的高速气流通过各种方式与低速液态工质相互冲击、摩擦，借助高速气流的外力作用（冲击力、摩擦力）克服了相对低速液体射流的内力（表面张为、粘性力），液体射流将被高速气流冲击和撕裂，从而使液体射流失稳破碎为细小液滴或雾滴。两相流喷嘴最为典型的喷嘴形式为空气雾化喷嘴（空气助力式雾化喷嘴）。就目前国内喷雾领域而言，提高液流与周围气流之间的相对流动速度被认为是实现液体喷射雾化，改善雾化效果最有效方法，而空气助力对射流的碎裂和雾化有显著的促进作用，它借助于空气流动来增强液体雾化；，化其是低喷射压力下的雾化高速气流在喷嘴内部或外部（喷口处）与低速液体混合，极大地改善了液体的雾化效果。根据流体混合方式的不同，两相流喷嘴通常可Ｗ分为外混式、内混式和内外混复合式Ｈ种。７ 昆明理工大学硕±学位论文１）海式空气雾化喷嘴是高速气相雾化液相主要位置在喷口处或者喷曰外进行的，，。液体先通过液体通道进入喷嘴内部然后切向或者轴向进入旋流室液体射流不被雾化；高速气流则通过气道切向或垂直与喷出的液体射流在喷口外部混合，利用气液相互冲击和摩擦的作用而雾化。外混式空气雾化喷嘴主要应用于工业锅炉、工业燃气轮机燃烧室、喷漆、干燥Ｗ及部分催化还原ＳＣ民系统中。具有雾化质量高、、可雾化高粘度液体防止液体回流气路等优点；但是该喷嘴空气利用率较低，，不能采用低的空燃比。高继慧需要高压空气提供较大的驱动力，王帅，高建民等通过利用外混式空气雾化喷嘴研究了提升管内熟石灰浆液雾化时Ｓ０２的脱除过程，，同时还研制了夹层式抽气热电偶测得了浆液雾化干燥时烟气温度场分布，。王乃华，高翔等对双流体石灰浆外混式喷嘴的喷雾特性进行了研究分、析了各因素对喷雾锥角液滴尺寸分布的影响规律，得到了预测液滴平均直径的经验公式究结果表明，，，雾适用于半干法烟气；研这种喷嘴能耗低化效果较好脱硫等工业应用中。郑斌，，姬丽霞路春美，孔昭健将外混式空气雾化喷嘴应用于电厂和车用催化还原ＳＣＲ系统中，并对其雾化性能进行研究，为在电厂中实现良好的脱硝效果奠定了基础，为在车用ＳＣＲ系统中将氮氧化合物还原为氮气，达到了减少有害气体排放，优化环境的目的。张力，李午申，蒲前将外混式空气雾化喷嘴置于干燥塔内作为烟气净化装置，对其雾化特性进行了研究，此喷雾装。置可Ｗ有效的净化烟气中的酸性气体，提高了净化效率２）内混式空气雾化喷嘴则是气液两相在喷口前疹混和局部雾化Ｗ后，再经过一一喷口射出继续雾化，其有个典型的特点是在液体通道后部有个较大的混合室一（混合祸流腔）。液体通过液体通道喷入海合室内，定压力的空气通过气道进入混合室混合室内发生剧烈的混合与相互作用一混合，气液两相在，进行级雾化；一－后的气液工质从喷嘴喷出后，在气体膨胀的作用下使较大的液滴进步发生破，二工碎产生次雾化，从而形成更细小的液滴。内混式空气雾化喷嘴主要应用于业锅炉、燃气轮机、航空航天燃烧室、农业和石油化工等燃烧器中。与通常的喷嘴相比，内混式空气雾化喷嘴耗气率低，不但具有细密的雾化效果，可雾化高粘度液体，并且在非常低的液体流量下也能获得高质量的雾化效果，喷雾锥角也相对稳定，。它有效地巧用了气液两相的作用力内部混合由于气体的膨胀使较大的一液滴能够进步发生破碎，，，发生二次雾化从而形成更细的液滴改善了液体雾化的效果。相对于压力雾化、转杯式雾化、低压气动雾化、高压外混雾化及蒸汽机械联合雾化等型式的喷嘴，内混式空气雾化喷嘴可获得良好的雾化效果８ 第一章绪论巧ＭＤ＜８０／＾ｍ卿理想的油滴分布，并且结构简单，加工制造要求不高，不易堵塞，适于燃烧污油、劣质燃油及特稠油等，也适用于能量较小的燃烧器最小喷油量可（至５０ｋｇ化左右）等，在工程中这种喷嘴被广泛应用，因此对该种喷嘴的研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有较强的现实意义。许多学者均对内混式空气雾‘Ｙ’化喷嘴的雾化特性进行了相关的研究，。近些年来大型锅炉内广泛使用的型燃油器大多属于内混式双流体喷嘴，Ｆｅｒｒｅｉｒａ等人指出，通过增加混合室内的混合空间可Ｗ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。高春景、韩国跃等对兰通道气力式喷嘴在雾化室加压的环境下进行了雾化实验研巧，研究表明提高雾化室环境足力有利于气液两相的相互作用，可有效降低雾化液滴的平均直径；且当气耗率不变时，ＳＭＤ与雾化室环境压力呈负指数幕的函数关系。石玉文对气动喷嘴的雾化特性进行了数值模拟，对喷嘴内的流动现象进行了分析，，实验发现内混式喷嘴中气液存在强烈的混合作用决定雾化性能的最主要因素是高速气体与液体介质进行动量交换的强度。巧捷庆，张军，罗惕乾通过水巧浆的雾化技术对内混式空气雾化喷嘴的雾化特性进行了研究，Ｗ此为基础，给出了设计水煤浆雾化喷嘴的思路、提高雾化细度的途径及完善数值模型的方向。李瑞明，蒋德华通过水煤浆技术对锅炉进行了改造，运用内混式空气雾化喷嘴特性优化燃烧系统，提出了对策措施可有效防止燃烧水煤浆过程中出现的灭火、爆燃等问题，，对广东茂名热电厂、广东万丰电厂等锅炉进行改造并取得了良好的环保和经济效益，。沈赤兵，童荣瑜，周进王振国研巧了Ｈ组元喷嘴，分析了内混式喷嘴燃料的的流量特性，此研究对火箭发动机的燃烧效率、燃烧稳定性的提高Ｗ及火箭发动机的性能提供了重要的参考价值。３）内外混复合式空气雾化喷嘴则是设计了内外两条气道，气液混合燃料先进入混合室完成内混式雾化，然后高速气流通过第二气道在喷口处与液体混合，并撕裂液体再次完成雾化，有效的增强了液体的雾化效果。此喷嘴主要雾化高粘度溶液和膏糊状物等。复合式空气助力喷嘴增强雾化效果明显，可用于泥浆等高站度液体的喷雾。（－（２）机械空气蒸汽）组合式喷嘴－机械空气、（蒸汽）雾化喷嘴综合了简单的机械（库力、离屯式）雾化喷嘴与高压空气雾化喷嘴的优点，既采用了较高油压，又利用了高速气流对液体射流的双重雾化作用，具有比机械雾化喷嘴油压低且雾化耗气量比单纯的空气雾化喷嘴低的特点，但是这种喷嘴结构复杂，必须具备高压气源。该种喷嘴广泛应用于工９ 昆明理工大学硕±学位论文业炉和燃气轮机上一，般分为内混式和外混式，在燃气轮机上采用的该种喷嘴也常被称为空气助力雾化机械喷嘴，。傅强研究了航空燃气轮机用气动辅助雾化喷嘴、－采用了离屯式气动辅助喷嘴，相对传统喷嘴提高了雾化效架和燃烧效率，并减小了排气污染。＂＂－空气（蒸汽）雾化喷嘴来说，似乎被认为是对于机械最佳组合的喷嘴，但是并非所有的燃烧设备和非燃烧装置中都采用这种喷嘴。随着喷嘴技术的深入－，研究和发展，各种喷嘴方案不断改进和完善各个方案（包括机械空气雾化喷嘴）一都有其优越性和局限性，及定的工作环境，、范围及条件并且不同燃烧设备＂＂和非燃烧设备对喷嘴的要求并不相同，。。因此不能说明这种喷嘴就是最佳组合总而言之，喷嘴的雾化技术在工程领域、航空领域Ｗ及制药、农业、日常生活中均被广泛应用。对于燃烧设备而言，喷嘴喷射液体燃料的雾化能增加燃料的比表面积，加速燃料的蒸发汽化，有助于燃料和空气的混合，从而保证燃料迅速完全的燃烧，因此雾化质量的好坏将直接影响燃烧的稳定及效率；对于非燃烧设备，通过喷嘴的雾化技术可完成化学及物理清洗、表面喷涂、冷却、灭火、加湿、喷洒灌概、除尘、润滑、产品表面清理及干燥、电厂烟气燃气脱硫除硝、冶金粉，其喷嘴性能的好坏将直接影响设备的生产率末制取、纳米材料制取等、产品的质量和成本，。因此对喷嘴雾化技术的研究具有非常重要的意义。喷雾的研究主要从两个方面来实现：１、理论研充：即物理数学方法。化流体力学、工程热力学和数学推导为理论基础，运，，结合燃料的理化特性用计算机数值模拟软件对喷雾过程进行模拟计算最常用的是运用计算流体动力学（ＣＦＤ）模拟。巧数值方法对雾化形成和特点进行分析与预测，可从流体雾化的实质上来确定雾化机理，并提出改善雾化质量的途径ａｎｍ－Ｔ。对液滴尺寸和速度分布的计算有Ｎｕｋｉｙａｎａｓａｗａ函数、林慰之模型、广安模型、ＫＩＶＡ程序和最大煽雾化液滴的尺寸分布计算程序等。西安交通大学采用ＫＩＶＡ程序对内燃机的油滴雾化燃烧进行了研巧；长安大学曹建明教授自编了最大赌雾化液滴尺寸分布计算程序，考虑了高温下液滴蒸发和碰撞的影响，模拟了实际内燃机的喷雾特性一。喷雾的物理数学研究集中在运用研究范畴喷雾特一性的理论预测，个重要方面是喷雾机理的研充另，它属于基础研究范畴。总结目前的研究结果，对雾化机理的物理数学模型主要有ａｅｎｅｎ提：Ｈｌｉ出的圆射流的喷射表面波模型、Ｏｈｎｅｓｏｒｇｅ提出的圆射流碎裂与雷诺数Ｒｅ有关的Ｈ种模式。Ｗ柴油机喷雾的持点为基础，国内的许多知名学者通过推导柴油的弥散关系式，１０ 第一章绪论分析了油束在高速运动下的雾化机理，提出了高速油束的不稳定扰动波应采用Ｈ一些专家根据质量维高阶的理论；另有、动量守恒定律，分析低ｗｅｂｅｒ数无粘性射流撞击形成液膜的雾化特征，推导了在Ｔａｙｌｏｒ也形波作用下计算液膜厚度和形状的近似表达式。长安大学的曹建明教授Ｗ最大搁原理和线性稳定性分析理论对射流碎裂与雾化过程进行了理论研究，同时还对时间、空间模式进行了比较。可见建立理论模型并进行分析研究极大促进了雾化理论的发展。２、实验研巧：即实验测试方法。通过实验手段对喷雾特性参数进行分析研巧。实验的测量方法多种多样，主要有机械测量法、电子测量法、光学仪器测量法。通常对喷雾锥角和喷雾贯穿距离的测量采用闪光摄影法。、高速摄影和高速摄像法对雾化质量特征参数的测量即对液滴粒径、尺寸分布和速度的测量，包括摄影法（浸入法、皮痕法、直接摄影法、激光诱导巧光法、激光散射法和激光全息摄影法）、固化法（溶蜡法和直接固化法）、沉降法、电极法、热线法、导线法和激光法等。其中激光方法应用最为广泛，包括：干涉条纹光谱法、散射光强比法、多源散射光法、激光全息摄影法和马尔文法等。１．３ＣＦＤ技术在制竺加料工序中的运用在烟草行业中针对喷嘴雾化的深入研究并不多见、，在航天冶金、干燥等领域一，ＣＦＤ方法己成为喷嘴研究中重要的辅助之，国巧外研究者成功在喷嘴的相关探究中进行了运用。Ｊｅｎｇ等学者研巧了压为雾化喷嘴液膜的喷射，运用ＣＦＤ方法研究了气液交界面；并采用试验研究与ＣＦＤ相结合的方法研究了喷嘴的内部ｔＷ构造。Ｂｅｎｅｄｅｔｏ等根据实验，采集了实验得出的数据并采用数值模拟方法分析了多相流的冲刷腐蚀，得出管道内流体的流动特点国内在ＣＦＤ的研究方面起步比较晚，最早公开发表的文献己是上个世纪９０年代国防科技大学的王振国＂＂发表的气液同轴离也式喷嘴喷雾流场数值模拟，文中采用数学模型和计算编程ｔＷ模拟了气液同轴离也式喷嘴两相流喷嘴的雾化流场。此后，相关的研究陆续发表。为研究气流干燥原理，对工艺参数进行优化，，改进、开发气流干燥设备郑州烟草研究院的耿凡根据Ｆｈｉｅｎｔ对烟草物料于流化床干燥设备中的流场分布和特性进行数值模仿一。研究发现，烟叶烟丝结团般聚集于滚筒的近壁区，而且送料处出现最大的颗粒浓度粒子群为烟草干燥的时候一个核也点流化床矩形的截；；面变成圆角截面等结构能够提高物料的均匀性，降低颗粒的密度，所有這些就为１１ 昆明理工大学硕±学位论文Ｍ攻克这些难点提供了可参考的方式。对于滚筒干燥过程，广东中烟技术中必的冯志斌运用ＣＦＤ进行了模拟，并将实验线现场设备在线数据与流体力学知识相结合，可。研究发现，理论计算得到的结果与实际获得的数据吻合度极高为卷烟生产企业的独特工艺开发和技术改造提供理论指导。对于滚筒内各物理场，张俊荣根据柳州卷烟厂与红河卷烟厂燃油（气）管道式烘丝机进行设计与运行实验，成功建立管道式的烘丝机数学模具，并采用ＡＮＳＹＳ软件中的ＦＬＯＴＲＡＮＣＦＤ单元－ｉｉ进行有限元分析测算，得到整个Ｈ维模型流场温度、压力、速率ｉ？及汽固两相的排布、集中结构形式的管道模具的理想结构方案。在对于烟草机械的设想和分析上，王栋梁对某烟草的加香加料机的设计与仿真进行了研究根据Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ制图软件打造加香加料机Ｈ维模型，，设置了相适的边界限制选取双欧拉的计算模具，通过ＦＬＵＥＮＴ对传统老式的设备结构的流场来进行数值模拟探究。研究发现，布风室内气流合流产生的游祸和筒内不良气泡特性的产生是导致布风不均的主要原因，由此提出了加装隔板分割布风室、各布风室独立送风的改进措施。周ＰＷ畔、吴磊都对过程气力输送方面做了数值模拟分析与仿真探究。可见，ＣＦＤ基于其自身特性在卷烟生产和储存过程中喷嘴雾化、糖香料流动情况、温度及湿度场分布情况、烟叶烟丝温度和含水率变动联系等有关的难点探究方面具有良好的ｐｗｓｉ应用前景。在喷嘴雾化机理研究方面，Ｃｈｒｉｓｔａｎｔｉ等应用马尔文激光粒度分析仪对粘弹性流体的雾化进行了实验研究，研巧发现液体弹性的对雾化液滴的平均粒径、液滴的分布宽度产生影响Ｌｉ等通过ＰＩＶ系统、高速摄像机等设备，对粘弹性流体的雾化特性进行了研究，发现随着雾化液体弹性的增加将对液体的雾化产生不利ｐｙ的影响。Ｃｈｅｒｎｏｖ和Ｎａｔａｎｔｓｉ对胶体类物质雾化进行了研究，研究其在周期扰ＰＷＰ７３动下的破裂特性。Ｓｏｋａ等对无弹性和弹性非牛顿流体的二次雾化分别做ｊＰＳＰＷ一ｌ了相应的研究。巽欣等和Ｌｉｕ等提出了液滴有限随机分裂模型（种雾化模型），模型揭示了液滴破裂过程的自相似性。目前，上述的模型和方法在工业生产和科学研究中广泛应用，但雾化过程中还有许多机理性的问题仍不清楚，制约着雾化研巧的发展。所Ｗ，对雾化效果的进一步研充依旧是未来一个重要的工作内容。，在卷烟混料过程中综上可知，实际的物理系统中存在的气、液场的相互影，理论分析响和转化形成的高度帮合、非线性的实际问题、有限元和ＣＦＤ技术有机的结合能对高度非线性、计算动力学、优化分析和接触等关键性问题进行有效１２ 第一章绪论地分析，计算并给出准确结果，并利用图像来进行直观地描述。正是基于有限元及ＣＦＤ的这些优点，并考虑到加工过程中烟草的群体、流态等特点，有限元和ＣＦＤ技术正持续不断地引入到烟草生产的各个环节，并获得了显著的经济收益和一技术成果。但目前的诸多应用中，多集中于对有限元、离散元单、简单的尝试和应用，而对于结合有限元对烟草生产进行《统性分析的尝试和研巧还鲜见报道。－－可预见，随着精细烟草生产的不断发展，理论分析数字仿真实验验证有机结合对畑草生产中的喷嘴雾化系统进行化理性的研究将成为必然。从上述烟草加工过程中ＣＦＤ技术的研究可见，ＣＦＤ技术多集中于对气流干燥、风力输送、温（湿）度分布等方面的研巧，并取得了良好的成效。这充分说明了ＣＦＤ技术在烟草加工过程中的显著作用，同时也显示出研究中的局限性：对＂＂构建中式卷烟必须面对的加香加料工艺所进行的系统性研究还未见相关的报道。通过对目前加料工芝的研巧表明：，１、目前采用取样检测烟叶加料均匀化结果式的评价方法易对生产造成浪费。２、缺乏系统的加料喷雾机理研究，不能正确揭示加料中的本质规律。３、仅凭经验条件、评价加料雾化效果，带有主观性和不科学性。４、ＣＦＤ技术在烟草行业内应用广泛，但对于加料工艺的系统研究未见相关报道。．辭１．４课题的来源及研究内容１．４．１课题来源本课题来源一一云南省中烟工业有限公司项目《加料过程多相流数值模拟及应用研巧》（项目合同编号：ＪＳＺＸ２０１４ＧＹ０１），此项目是系统化的研巧烟草制丝加料过程，，揭示其本质规律，定量的分析各工艺参数对加料精度的影响为生产实践提供指导。１．４．２研究内容此课题针对上述工艺问题作了相关探究，此论文所研巧的内容为；一１、充分调研了昆明卷烟厂烟草加料喷雾系统，针对其特点进步开展喷雾机理研究。首先分析了雾化形成的过程，明确影响雾化效果的因素，提出雾化评价指标。然后根据理论研究，本文针对喷雾的二次过程进行数值模拟，即研究加工工艺参数对喷雾效果及加料效果的影响。此外，为提高数值模拟精度，本文对雾１３ 昆明理工大学硕±学位论文化模型进行了研巧，建立了相关数学模型。２、对烟草加料喷雾系统的雾化喷嘴进行测绘，建立了喷嘴的王维模型。采用Ｆｌｕｅｎｔ软件分别对喷嘴内的气相流动和液相流动Ｗ及喷嘴外的雾化过程进行数值模拟。分析喷嘴内气相的流动特性，比较不同气压下，气相流动的特性变化规律，得出喷嘴出口处的气相参数并与理论计算进行对比分析；在固定的流量下，分析喷嘴内液相流动的特性，得到喷嘴出口处的液相数值模拟；根据喷嘴内气相和液相计算的出口结果，进行喷嘴外雾化过程的数值模拟，分析雾化过程中的雾场流速、液体体积分数的变化等。３、走访各大知名卷烟生产企业，了解其加料设备的原理。在此基础上，结合理论研巧，设计了加料喷雾系统的原理图，并建立了实验平台王维模型。４、采用均匀设计方法结合生产经验，选取了优质烟叶原理开展加料工序热，风温度、料、补偿蒸汽流量、工玄流量、压缩空气压力等关键参数对加料均匀性、、液有效利用率等的效用研巧。并选取了４组试验，即在热风温度补偿蒸汽流量工艺流量等不变的情况下，分别Ｗ３．５ｂａｒ、３．０ｂａｒ、２．５ｂａｒ、２，Ｏｂａｒ入射气压对烟叶施加料液，得到加料后烟叶的加料均匀性、料液利用率，并结合理论进行了分析。１４ 第二章喷雾机理研巧现状第二章喷嘴雲化机理研究现状２．１烟草曠雾系统介绍喷雾系统主要针对加料喷嘴的气，、液相由压缩空气系统和加料系统构成，其设备结构如图２．１所示。ｍ：ｆ图２．１设备外部结构Ｆ２１Ｔｅｕｏｕｍｉｇ．．ｈｅｘｔｅｒｎａｌｓｔｒｃｔｕｒｅｆｅｉｅｎｔｑｐ１、加料系统加料系统由两个储料罐（揽拌装置、液位计、温度传感器）、两套料液蒸汽加热系统（蒸汽管路、阀口、压力表）、料液施加系统（气动球阀、减速电机、加料粟、流量计、过滤器、变频器料液管路）、清洗系统（蒸汽管路、阀口、冷水管路、阀口、汽水混合器、温度计、压力表）和控制系统组成。加料系统主要是把料液加热到工艺要求的温度，并根据烟片流量和加料比例控制料液施加量。其中减速电机控制料液揽拌；温度反馈信号控制电磁阀和压缩空气，调节蒸汽流量控制料液温度；烟片流量反馈信号和料液施加比例控制加料累减速电机变频器，调节电机转速，控制料液施加量。１）料液流量控制２２料液流量控制系统如图．所示，设备根据加料机入口电子砰实际流量乘Ｗ料液施加比例动态计算出料液施加设定流量，通过加料流量计检测实时加料流量，按偏差调节加料索电机转速，闭环跟踪加料流量，处满足加料机料液施加精度工１５ 昆明理工大学硕±学位论文艺指标要求。—＊进鞍綴债＊？ａｍ礙摘ＩＩＩＳ墅憲Ｉ夺热巧缩空气：，—料液绪轮蔡？滤蕉计》？蕾孩猶粮＾＾来转流濛Ｉ＊？电藤图２．２料液流量控制系统流程示意图Ｆｉｇ．２．２Ｔｈｅｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍｏｆｌｉｕｉｄｆｌｏｗｃｈａｒｔｙｑ２）料液温度控制料液温度控制系统如图２．３所示，由饱和蒸汽加热，在操作台触摸屏上设置工艺要求的料液温度值，控制系统根据料液筒上的温度传感器测量的温度值，调节蒸汽ＩＰ调节阀，自动控制蒸汽流量，控制料液温度。调制料罐ＪＩＰ＞温度传惑器Ｉ拉刺阔？蒸汽Ｉ争？樂拽剝摆？％膽图２．３料液溫度控制系统流程示意图Ｆｉ．２．３Ｔｈｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍｏｆｌｉｕｉｄｆｌｏｗｃｈａｒｔｇｐｙｑ１６ 第二章喷雾机理研巧现状２、压缩控制系统压缩空气系统主要组成，其作用主要任务给循环风系统补充损失风量、提供加料动力、雾化料液。１）压力控制系统压缩空气由空压系和管路组成，其压力通过减压阀手动调节。２）温度控制系统压缩空气由饱和蒸汽加热，在操作台触摸馬上设置工艺要求的压缩空气温度值，根据压缩空气管路上的温度传感器测量的温度值，手动调节蒸汽减压阀调节蒸汽压力，控制压缩空气温度。２．２喷雲概述喷雾的过程会产生非常复杂的物理变化。随着科技进步，对喷雾学的重视，人们对于液体雾化的机理和变化过程不断加深，可是雾化理论的发展却较緩，液体雾化仍存在着许许多多的问题与困扰一，时至今日仍未形成个比较完善的能完全采用数学方法来预算和模拟不同结构、类型喷嘴的雾化过程的雾化理论，在喷雾学上人们还有很多路要走一。雾化问题的复杂性主要表现为下几个方面；一（１）雾化是个动态的过程；（２）雾化是包含很多变量（喷嘴结构、雾化压力、液体流量）互相作用的过一一程，变量，或某局部的研究而目前喷嘴的雾化机理与试验研巧仅仅只是对某，十分缺乏系统性的研巧；（３）液束是经过极为复杂的过程形成的，其中包含液柱雾化、雾滴碎蔡、液滴碰撞及蒸发等。当液体经喷嘴喷射而出时，受到周边空气气流的冲撞和重擦，致使液滴表面受到大小不同的力，从而形变，甚至扭曲。当空气对液滴表面的作用力超过了液体自身的表面张力的时候，液滴就会在力的作用下碎裂，在原来的基础上碎裂成更细小的颗粒，这个过程就是喷嘴雾化所产生的物理现象。液滴雾化过程的损耗主要是由液体在气流作用下产生的应变能（因变形而所做的功），形成小液滴时，为了克服液体自身属性（表面张力和粧滞力）所做的功、传给雾滴的动力能和克服液体运动粘度所做的功等来决定。１、雾化坑理研究喷雾界设想了各种假设，产生了很多学说都尝试对喷嘴雾化进行合适阐述，１７ 昆明理工大学硕±学位论文但至今仍未形成能够完整地途释液体雾化过程中出现的所有物理现象的雾化理论，同时也没有精确的数学模型可Ｗ表征喷嘴内的液体流动现象，因此对于极速一喷射破碎雾化过程至今都没出现令人信服的理论和数学模型。例如个简单的状况一，具有很大压力的液体经过个小孔往静止惰性气体容器中注射稳定液流，按液束Ｈ要素（射程、雾化锥角和液滴尺寸分布规律）来说，其中的液滴尺寸分布规一一些由实验结果并加Ｗ道、律并未从本质上得Ｗ揭示，只能够给出结得出些经验公式。雾化过程中的功能消耗主要有Ｗ下几个方面；１由液体与气体相互作用产生的的应变能（变形所做的功）（）；２在碎裂过程中一（），表面张力及粘度会阻碍液滴碎裂，从而消耗部分功；３）传递动能使液滴运动，并克服流动过程中的阻力。（对于粘性较低的液滴，在气体的压力、液体的表面张力和粘滞力作用下发生形变。此时，可用韦伯数来表征低粘度液滴的形变。其中韦伯数是描述气动破碎的最主要的无量纲参数，其表达式为：＝拉－Ｗ—２１）ｅ（〇？式中—：气体密度；■〇—液体表面张力；公—喷曰直卷．ＡＵ三Ｕ－Ｕ一气液速度差；ｇ，一听韦伯数，表征的是液滴破裂的难程度，其值越小，则液体越不易破碎。一致使液滴破碎的因素有很多，韦伯数只是其中的个因素。大液滴碎裂成小液滴是时时在变化的）阻碍了液滴的瞬，这是由于液体的物理属性（粘性和质性时形变和碎裂。这就导致雾化有滞后时间，当高速气流对液满表面的作用持续时间小于雾化滞后时间时，碎裂不会发生。为了研究液体物理属性对液体雾化的影响一—陆ｎｚｅ引入了，其表达：，个新的概念粘度群式为＝＝－－ｚ＝Ｏｈ２２（）＾ｊ＾Ｚ是无量纲群，表征气体和液体相互作用处液体表面张力与液滴粘滞力的比值。欧尼索数０Ａ表示粘度对液滴破碎的影响，式中：１８ 第二章喷雾机理研巧现状艮三峰（２－３）‘Ｍ尽为液体的雷睹数，其中Ｍ为液体的粘度，Ａ为液体的密度，表示液滴惯。性力和粘性为之比雷睹数表征惯性力与粘性力的关系，雷巧数越大，惯性为做功能力越强，对液体的粘性影响越小，液滴就越容易破碎。但是雷巧数对液滴破■一碎的影响力般，属于次要因素。但是对于附着在壁面的液层来说，雷巧数产生的影响却是不可忽视。按照雾化碎裂过程，液膜破碎形式可＾＾ｉｌ分为Ｈ类类型；轮缘形破碎形式、多孔形破碎形式和波动形破碎形式，通常情况下，这云种破碎形式同时呑在与液体。雾化过程中下是对Ｈ种破碎形式的详细描述：（１）缘形破碎在轮缘式破碎中，液膜的形成是由液体表面的张力使得液片的边缘先收缩成一液膜个较厚轮缘的类似状，之后因为在空汽动力和离忘力的作用之下，该缘形一。将会出现破碎般情况，这种液膜破，当液体的粘度和体表的张力都不算低时一碎的形式ｆ会发生，而且这种碎裂方式所产生的液滴尺寸般都比较大，而表面张力Ｗ及扩张的液片动能的平衡所决定了轮缘形液膜在液片上所出现的地方。（２）多孔形破碎多孔形的破碎是授周边细小雾滴的冲撞或因为本身的瑞流流动而引起的压力变化将击穿液膜，而且在液膜上会形成大小参差不齐、形状不同的孔洞，同时该些小扣的尺寸也将会快速增大直至与相邻的孔连起来，从而形成错综复杂的网状液丝，之后这部分液丝再碎裂形成尺寸不同的液滴。（３）波动形破碎有时候液膜本身的端动所形成的皮力波并不会导致液膜上生成细小孔洞，而一是伴随波动的增强。，从液膜上（从波谷出或者从波峰处）将液片片片的剥下来因为外力的作用导致，在理想状况下，这部分液波将会分裂成许多平行于液膜边缘的液丝，这些液丝通过液面张力的作用，会再次卷缩成细小的雾滴。目前，雾化的主流理论主要分为射流破碎理论认及液膜破碎理论。（１）液膜雾化破碎机理从理论的角度研究液膜破碎，液体经喷嘴雾化形成液膜后，同样的，在外界。作用和液体物理属性的作用之下，液膜表面由于不稳定性而产生的波动随着波动幅度的増长，液膜将从主体上被剥落下来，在液体的液面张力作用之下，液膜１９ 昆明理工大学硕±学位论文卷缩：，从而形成细小雾滴。液膜破碎的临界波长为知＇层２＝巧－４２户口丰＾端）式中：Ａ；ｇｌ临界波长—为液体粘度Ａ；〇为表面张力；—为液体密度Ａ；—气体密度Ｐ；艺＾￣气液相对速度；７一？＝０常数．３。片，且片振幅计算公式为：＂＇＝－＾２５）（ＶＰＰ狙－ｃｆＫ２ｔｇ０＝＿ｊ＾６片）２ｐｃ，Ａｃ＝－２７（）、戸ＶＡ其中振賴；ｒ—时间；Ｃ—表面波速；０－＾动频率；义一波长；Ａ＝—：２；ｒａ表面波数。在液膜相对速度较大的情况下，达到，波动的振幅不断发生变化临界震幅之后才会出现碎裂。（２）喷嘴射流雾化破碎机理当液体从喷嘴喷射出来的时候会和气体在气液交界面中发生强烈的摩擦，并且会在气液交界面形成活跃的不稳定波一。送种不稳定的波动在经过定的増强之后，就会碎裂成微小的雾滴。雾化的喷嘴将连续液束雾化成微小雾滴的原理是：在外力作用下，液体在距离喷嘴的出口处不远处，克服表面的张力，，使液膜分裂成为细线外加受到的縮２０ 第二章喷雾机理研巧现状流径向分的速度和周边的空气相对速度的影响，从而导致液膜在分裂形成大小不一的液滴一。液体在单小孔中经过施加压力后可Ｗ雾化。液柱端会发生由于径向分速度引起的纵向震动现象。液柱的长度伴随着液束速度的増加，导致液桂分裂一而改变，当到达定程度的时候，因为液柱长度变短受到液流的纵向振动的影响。在压力增加流量再增大的时候，液柱端部将会出现波状流。如果继续加快流速，则会出现喷雾流。雾化的喷嘴在波动作用下产生的雾滴，快速喷出的液体在大气中振动产生波，一定之时此波会反作用于液膜，液膜会在波谷及波峰之间，当波的増长速度达到一分裂形成柱状，而之后经再次断裂成短柱状，其在表面的张力的作用之下，最后缩成球状的雾滴。液流的雾化主要是取决于液流的縮流度。直接影响到端流度的因素是液体的压力、喷嘴小孔的直径、流量和几何形状还有流体的物理性质。一（１）次雾化一在液体发生第次雾化时：浓，喷雾又可Ｗ分为两个过程喷雾和稀壤喷雾。浓喷雾阶段的特点是存在一个没有持续有空气卷入的液核，就算射流的速度极其。高，液柱的连续状态还是会存在的，液核所向前运动的速度也与射流初速度恒等根据空气的动力干扰来说一，料液的雾化仅仅出现在液气相交的界面之上，雾化一由于不稳定波的波幅增长Ｗ及进步的破碎过程所控制。Ｌａｍｂ利用线性的不稳定性来进巧分析：＾Ａ＝－Ａｅ２８，（）竺屋互己也＝－０２９（）２ＪＣ／／Ｐｆ式中；动的幅值；—Ａ、Ｐ空气及射流液体的密度；／＝—＝２ＣｃｋＭ速，Ａ；ｒ／ｌ速度确定值，；／；扣ｆｆｐｆ＾—波怡巧液体的表面张力；—射流液体粘度；份一角频氧时间；Ｕ、Ｕ一空气及液体的速度。。ｆ２１ 昆明理工大学硕±学位论文（２）二次雾化初次雾化产生的各种形状和尺寸不一的液体碎片在表面张力作用下会收缩成球形液滴一，这些液滴在气流场中由于气动力的持续作用而发生进步的破裂，当液滴粒径减小到其所受气动力不足Ｗ克服表面张力时则不再继续破裂。其持征表现为液滴在气流场中进一步的破裂和聚合，而气动力与液滴表面张力间的相互竞争是二次破碎的主要原因；在二次破碎中产生的液滴大小在几微米到几百微米之间；气液相对流动状态、初次雾化的液体碎片大小和形状等对二次破碎影响产生直接的影响，二次破碎将直接决定了最终雾化的质量。牛顿流体二次雾化破裂模式的分类目前己基本定型，但是不同破裂模式的Ｗｅ数范围仍存在差异，因此综合的统计分析各个研究的实验条件等因素，得到普适的Ｗｅ数区间就显得较为迫切和重要。根据由Ｒａｎｇｅｒ和Ｎｉｃｈｏｌｌｓ提出的碎裂时间为：ｕｊ＝—２－Ｔ１０（）Ａ后式中：公＾嘴环隙通道的巧径。。从能量角度考虑，二次雾化过程中，气动力提供的能量主要转化为破裂后液。滴的动能巧表面能其中，单位质量的表面能为：４巧ｘＶ（争６。２＝—ｃ－２１１（）巧Ｄ〇ｍＰｉＰｌｍ６式中化一？裂后液滴的平均直径。而破裂后液滴总的表面能为：＝￣＝－ＥｅｐＶｘｐｘ７ｉ２１２），＾〇ｉ＼Ｋ（Ｐ６ｌｍ破裂后液滴的平均直径近似为：么－ｉｏｃ－Ｗｅ２１３（）公。气动力可Ｗ表示为：＝Ｆ飘－２１４心肛巧（）—式中Ｗ液滴质量。２２ 第二章喷雾机理研究现状．ｅ一对于牛顿流体二次雾化的破裂时间，Ｇｌｆａｎｄ等根据实验结果拟合得到了个经验公式，其表达式为；。７４＝欲－ｒ４ｘ．５ｌ＋１．２２１５（）（）２．３影响曠雾效果的因素喷雾可Ｗ由多种途径产生，有几个基本的因素适于所有的雾化过程：１）喷嘴内部的液体动力学；２）圆射流或液膜射流喷射表面波的发展和气体的扰动作用；３）喷嘴的凡何形状、喷射压力与环境气体背压的差值、气体介质的性质和液体本身的物理持性。这些因素并非独立存在，而是相互影响、相辅相成，最终决定了雾化的效果。１、气体压力对雾化的影响气压决定着雾化能为的大小从及气体速度、气液相对速度，直接影响喷嘴的雾化质量的好坏，相对速度越高，雾化质量越好。李健蓉等人在Ｙ型喷嘴性能的数值分析研究中得到的数据表明；气体压力对雾化效果起着积极的作用。随着气体压力的增大化粒径变小一。同样的当气体压力増大到某程度，气体压力的，雾，影响不再显著一。陈斌等人研究的结论相似：对于液相压力的影响，在定液相压。力下，随气相压力的升离，雾化粒子平均直径降低李广军等人在燃油喷嘴气液两相流雾化特性研巧中也得出结论一：当液相皮力定时，随气相压力增大，雾化一水滴的平均直径减小，且当气相压力在定范围内变化时，喷嘴的雾化效果都很好一，但当气相压力减小到定的数值时，雾化粒子的直径将迅速增大，雾化效果一。变差雾化过程其实是个能量转化的过程，喷嘴雾化动力的来源主要是气流对液体的剪切作用，随着气体压力的増大，气流的动能也越大，转化为液滴雾化的能量也就越多，有利于形成小液滴。＇２、液体性质对雾化的影响粘度是液体流动时，内部分子间的内摩擦系数，粘度的大小说明液体流动的难易，直观上说容易流动的液体粘度小而不易流动的液体粘度大。对于雾化过程：、来说，液体物理性质如粘度表面张为和密度等主要影响液膜的破碎，雾化能量部分用来克服粘性力和表面张力，部分转化为液滴和周围气体的动能。刘联胜等分析了雾化过程中克服表面张力和粘性力的耗散功大小，结果表明表面张力耗散功在总能量中占的比例最大约为化１，而粘性力耗散功最大可占５０％Ｗ上的比例。马其良等对预膜气流式雾化过程的研究也表明由于气液相对速度高，液体粘２３ 昆明理工大学硕壬学位论文度对雾化性能的影响较表面张力和密度思著。在其他条件不变的情况下，液体粘度増大，雾化粒径随么增大，。从破碎机理上分析雾化过程中液体的粘性产生了液体破碎的阻力，粘性在扰动波增长的过程中起阻尼作用，，粘性越小阻力越小扰动波增长变快且不稳定，产生的液滴就越小，。从能量角度分析高粘液体耗散功大大消耗了雾化能量，从而用在液膜破碎上的能量减少，不足形成细小液滴。从实际操作分析，高粘度物料所具有大的粘性力还使其受空气的抽吸作用而射出一喷嘴时，在喷嘴的外边缘形成层附着力很强的边界层，导致预膜式喷雾初始液膜加厚，根据Ｒｚｋｔ，，ｉ等的研究表明：初始膜厚增加雾化效果恶化所Ｗ高粘度阻止了液体的破碎从而使雾化液滴直径变大。因此，液体粘度对雾化起阻碍作用，液体粘度越大，雾化效果越差。３、液体压力对雾化的影响液压决定着液体的流量，影响着气液相对速度的高低，从而影响喷嘴的雾化ｔ质量，相对速度越高，雾化质量越好ｅｎ。李健蓉等人利用Ｆｋｉ软件模拟气流式雾化喷嘴的喷雾计算了不同的入口条件下，喷嘴喷雾的液体雾化粒径；讨论了不同的液体和气体医力Ｗ及它们的比值对喷雾效果的影响；得出结论：在相同的气体，，平均雾化粒径增大压力条件下随着液相压力的不断增大。当液相压力相对较高时，甚至并不出现喷雾而是射流现象。民ｅｉｔｚ的实验数据表明，对于气相压为的一影响，除个别点外，在定气相压力下平均雾化粒径随液相压力的增大而增大。？当气体压力较低时，平均雾化粒径随液相压力的变化不显著０．２。当液相压为低０．２５ＭＰａ的时候，雾化粒子平均直径的增大并不显著，而液相压力超过此值时，，平均雾化粒径迅速增大同时雾化角也随之增大，喷雾效果变差。另外李广军等人Ｗ空气，、水为工质利用马尔文粒度分析仪对气液两相流雾化器喷嘴的雾化特一性进行了详细的实验研究，得出相似结论，，：定气相压力下随液相压力增大一平均雾化粒径増大，喷嘴的雾化角也逐渐増大；且当液相压力在定范围内变化一时，喷嘴均能获得很好的雾化效果。当液相压力增大到定数值时，雾化粒子的直径迅速增大，雾化效果变差。４、气液应力比对雾化的影响比是喷雾的一一气液两相压力个很重要的影响因素，气液压力应该在个合适的比例范围内，只有它们的匹配合理时，才能达到很好的雾化效果。李健蓉研究发现一，当气液压力的比值满足定的匹配关系时，雾化效果良好。总体上是气液一压力比越大定数值时，它们的比值对雾化效果的影，雾化效果越好。当增大到２４ 第二章喷雾机理研究现状一响不再显著，另外当气液两相压力比值定，但它们各自的压力数据大小对雾化一定的影响气相压力占优势时效果也有，雾化粒径较小反之，当液相压为；当；。：占优势时，雾化粒径会增大李广军通过实验研究表明雾化粒子的平均直径随气液比的增大而减小：、同时还发现，除个别情况外，雾化粒子的直径是气液两相的压为比的函数。随着气压的増大，，气体量也随之増大其动能越大，雾化效果也越好。但是在特定的液体流率下要将液体雾化成细小的液滴，随着液滴的减小，，新增表面积需要做的功也会同时増多流动阻为会在流体速度增大的情况下成倍増加一，流动过程能量损耗也随着増大。因此，当气液比増大到定程度时，对雾化效果的影响也变得不明显了。５、喷嘴结构参数对雾化的影响１）气孔直径Ｄａ的影响一在定气压和气孔数下，气孔直径的大小决定着气体流速，从而影响气液相对速度一，对雾化效果产生影响。李萍、张薇对种新型内混式气液雾化喷嘴进行了研巧：ａ，结果指出雾化质量中位粒径ＭＭＤ随着气孔直径Ｄ的增大而减小。这是因为在相同的气压下，气体流量随气孔直径Ｄａ的增大而增加，当喷嘴喷孔一定时面积，随气流量的増加，使得混合腔的压为升高，逐渐达到并超过临界压比，在喷孔处达到音速，使得雾化质量中值ＭＭＤ变小。张淑荣、尹洪超利用Ｆｌｕｅｎｔ商业软件对空气雾化喷嘴的喷雾场进行了模拟求解，讨论了喷嘴的结构对雾化效果的影响：，其中气孔直径增大、雾化粒径随么增大，这是因为同样的氣耗，气。孔直径增大导致喷嘴的初始气皮和水压力降低，引起雾化效果变差２）喷孔直径对雾化的影响。喷嘴直毎的大小不仅会影响雾化流场的均匀性，还对雾化粒径有很大的影响李萍、张薇在内混式气液雾化喷嘴雾滴粒径的实验研究中发现：当喷孔直径Ｄｍ《３．５ｍｍ时，ＭＭＤ随喷孔直径（Ｄｍ）的增大变化不大，当Ｄｍ＞３．５ｍｍ时，ＭＭＤ一随着喷孔直径的继续增加而急剧上升一，送是因为在定的气压下及定几何结构一时，其气流量是定的，这时混合腔的压力值就直接决定于喷孔直径的大小。于海龙等也得出结论，随着喷孔直径的增加索太尔平均直径（ＳＭＤ）减小，说明雾化效果更好。在喷孔直径较小时，随着喷孔直径増加，ＳＭＤ迅速减小，对雾化效果的影响较大，而随着喷孔直径的逐渐増大，其对ＳＭＤ的影响变弱，当喷化直径．达到６ｍｍ时再増大喷孔直径，其对ＳＭＤ的影响己不明显。由此可Ｗ得出结论，喷孔直径存在最佳大小使得雾化效果最好。２５ 昆明理王大学硕±学位论文２．４评价指标１、加料效果评价指标目前，主要Ｗ加料的均匀性及料液利用率来评价加料效果。首先通过料后取－ＭＳ分样，然后配制标准溶液，经过ＧＣ析得到烟叶的１２两二醇含量。再通过相，关计算公式得到烟叶加料均匀程度及料液利用率。２、喷雾效果评价指标１）喷雾锥角喷雾锥角就是液体雾场的张角，度量雾化锥形的扩张程度，是描述雾场范围的一个重要指标。它的大小对料液利用率、筒壁粘附量和加料经济性有很大的影响。喷雾锥角越大，雾化液滴所覆盖的雾场范围越大，但这不代表雾场面与加料效果好成正比。若喷雾锥角过大，液滴将会喷洒到滚筒内壁上，从而导致筒壁粘附量的增加。若喷雾锥角过小，则会有部分烟叶不能受料。此外，喷雾锥角的大小还影响雾化流场的长短。如果喷雾锥角过大，雾化流场则短且粗；反之，则细且长。２）雾化细度在实际的喷雾过程中，料液经过雾化碎裂成小液滴，雾化细度主要表征这些。液滴的细小程度液滴越小越利于烟叶吸附料液，但是并不意味着雾化细度越小一加料均匀性越好，过细的雾滴容易被气流带走，集中于某区域，从而导致烟叶受料不均。雾化细度是通过用雾化后碎裂的液滴尺寸来表征。但由于雾化形成由于气流等作用力的关系，碎裂后的液滴群不是规范的圆球形，而是粒径各不相同且其形。状并不规则为了体现液滴群的真实几何尺寸，常常用液滴的平均半径和特征半径表征液滴尺寸的大小。（１）平均直径平均直径是指设想雾化后的所有液滴粒径都一致，这样就用均匀的喷雾场来代替实际实验中并不均匀的喷雾场，而这时这个雾场中的雾滴直径称为平均直径，通常用索特平均直径来表示。索特平均直径是基于雾场中所有液滴粒径均相等时，根据所有液滴的总巨体积Ｖ与总表面积Ａ，得出液滴粒径的大小，Ｐ：＝＝＾瓜２－１（句苦４？管２＞，式２６ 二．第章喷雾机理研究现状＝＝－Ａ題２１７１＾和成（）細（）飞Ｎ成式中—：Ｎ料液雾化后的液滴总数目；—相应直径为ｄ的液滴总数目。，（２）特征直径特征直径是表示雾化细度的另一一种方法，是指某尺寸Ｗ下液滴体积占全部液滴总体积百分化的直径。其中质量中值直径是最常用的特征直径，用Ｄ０．５（ＭＭＤ）表示，即小于该直径的所有液滴体积占全部液滴总体积的５０％。（３）雾化均匀度雾化均匀程度指的是液体雾化Ｗ后液滴在空间的尺寸均匀分布的程度。雾化的均匀程度对料液的雾化的质量和加料均匀性来说影响是很大的，是雾化效果评价的关键指标。这是因为并非所有液滴平均的直径和特的征直径都能够恰当的评ｉ价详细的喷雾状况，因为雾化Ｗ后所出现的液滴是不匀称的，故仅用平；Ｓ的直径和特征的直径来对雾化的效果进行质量评价也并不是太准确，所对喷雾的特性进行更加深层次的研究不仅仅要采用液滴的平均的直姪来进行雾化特性的评价，还需要考虑到液滴雾化的均匀程度，判断其空间排布是否均匀。此外液滴的尺寸分布不但能说明雾化碎裂形成的液滴的直径大小，而且能够体现出不同Ａ直径下液滴的质量巧数量（体积）还有在喷雾场中的详细分布的情况。就现在ｉ看，采纳的液滴尺寸排布的表达方法具有经历排布的函数、理论祐布函数和图解方法。２．５雲化模型研究现状１、破碎模型根据烟厂所采用的喷嘴实际工况估算料液的韦伯数，决定采用ＫＨ（Ｋｅｌｖｉｎ－ｅＨｌｍｈｏｌｔ）破碎模型进行数学建模。ＫＨ碎裂模型雾化磨型如图２．４所示，ＫＨ曰周围存在…段液义破裂碎雾化模型假想于喷，雾化碎裂后形成的子液滴从液穴Ｐ１１的表层分离而来的。２７ 昆明理工大学硕±学位论文液巧》＾一一．？．皆？？站女Ｖ／？ｒ－Ｈｋ－效巧区巧Ｈ图２．４破碎雲化模型Ｆ２４ｍｏｄｌｉｇ．．ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎｅ液穴的长Ｌ可Ｗ采用列维奇理论来计算：Ａｉ－Ｚ＝＾１９口）？（）ＱＰｚ式中—；Ｑ常数；却一喷嘴直径、—液相的密度和气相的密度Ｐ。，Ａ液斑直径Ａ可通过如下公式计算：＝ｄ２－２０Ａ（）。权其中Ｃ。为收缩系数。ＫＨ碎裂模型（Ｗａｖｅ模型）是促使液滴碎裂的关键巧于液体和气体间相对的速度。根据喷射的稳定性分析，假设增速最快的ＫＨ不稳定波影响着液滴雾化的时间！＾及雾化后产生的液滴大小。由于Ｒｅｉｔｚ和Ｂｍｃｃｏ对射流是否稳定分析可看出：〇５〇７八９．Ｏ２ｘ１＋Ｏ．４５ｘ０／；１＋Ｏ．４ｘ７（）（；）＿＂■…—＂〇ｊ７’６７ｉ＋ｏ．８ｘｗ（４）０３４３８．＋山呼追２－２２（）■〇６〇。＋０片ｌ＋１．４ｘｒａ）（）式中—最主要的不稳定波生长的比率；Ｑ；Ａ—相对的波长；＿二０片欧尼秦数佛民Ｃ；７＾／ｌＴａ二王？Ｗ二ｅａｃｒ’、沖ｆ＾＝Ｗｅ－ａａｐ；＾＾ｆ民ｅ二ｔ／ａｖ比。ｉ，／２８ 第二章喷雾化理研究现状在ＫＨ模型中，假想液滴碎裂产生的子颗粒尺寸与母微粒表面的增幅最大的不稳定波波长成正比：，则有ｒ二－ＢＫ２２３ｑ（）一其中：ｒ子液滴的半径；—常数＝Ａ，且公０．６。。－这就是所谓的ＫＨ碎裂模型－，它是根据ＫｅｌｖｉｎＨｅｌｍｈｏｌｔｚ不稳分析理论而来的破碎模具。该模型应用范围较广，圆柱射流式的碎裂，曲面液膜破碎Ｗ及平面液片破碎的再次雾化程序都有应用。此外母液滴中半径的ａ变换概率如下：色＝—巴八。－２２４，（）ｄｔＴ３６ｘｒ‘７２％＝式中碎裂时间可表示如ｒ，其中时间的长数巧取值区间为ＡＱ王＾巧＜６０，通常取值为１．７３。在喷嘴出处液膜最佳破裂波长中，喷嘴出处液膜初级的破砕根据Ｄｏｍｂｒｏｗｓｋｉ处理，则液膜的最佳破裂波长为：－的八三－１＋２２５。細＾］（）式中；Ｓ代表液膜厚度；巧表示液体表面张力。ｆ液膜于Ａ。。处碎裂，而且缩小成为直径是式的液滴，液滴的直径为；＝＾－本２２６（）Ｊ巧Ｖ产生的丝状液柱根据Ｒａｙｌｅｉｇｈ、ＴａｙｌｏｒＷ及Ｗｅｂｅｒ等中的圆形液柱的断开方法产生液滴。Ｗｅｂｅｒ的研巧发现其最宜破裂的波长为：１２＝－／＿店邓＋－八齡＝２２７］１厂（）ｄｙｊｐ仍ｓ则其断开后出现的初始液滴的直径为；３＾￣Ｖ＞＝１ｘ－￡．５ｘｄ２２８（）（）ｉｓ２、动态曳力模型在模仿喷雾雾化中，液滴所经历的曳力不容忽视，精准的曳力指数能够使雾２９ 昆明理工大学硕±学位论文化模拟更完善和精准。ＫＨ模型中常使用的动态曳为模型（ＤｙｎａｍｉｃＤｒａｇＭｏｄｅｌ）。此时如果液滴于整个计算域内是球形一，则液滴的阻力系数般如下；０．４２４Ｒｅ＞１０００－。如些ｉ口２９）２４ｘ１＋）（＾Ｒｅ＜１０００Ｒｅ雾化过程内，最初的液滴于空气中运动中，液滴的状态会随韦伯数的变大而破敲如在极短假设的情形内，球形的液滴受为变产生圆盘形，显而意见的是盘形阻力指数对比球形来说更大。因为液滴的阻为指数与液滴的形态息息相关，球一形液滴如果所得的阻力指数模具与真实的喷嘴雾化中的情况存在定性差异。因此；，必须对球形液巧地陋力指数进行相应修正，即动态的拽力模型＝－＞＜１＋２．６３２２３０）。。，咖（的（式中参数ｙ是液滴对应的形变量；，大小采用下列算式获得＿坚－一２３１与咕哗（）血王ｉｉＣｂＰｉ户ｐｆｐｆｄｔ在上述参数式中＝，当０表示不产生变化值表示球形液滴的ｙ算ｙ，，所取ｙ＝阻力指数，当ｙｌ时，表示发生最大变形，所取ｙ的大小表示盘形液滴阻力的指数。在喷嘴的雾化中，在液体雾化破碎成细小液滴过程中，液体的表面张力将抑制液滴的破碎和变形，并且使在给定的液体体积下保持最小的液滴表面积，即液滴呈球形。液滴球运动加速度加速度与液滴所受曳力Ｆ有如下关系：ｙ。夺插岡式中ｍ表征的是液滴球质量，而液滴所受的曳力Ｆ可由下式汁：，－２３３（）如＂—：Ｆ其中液滴承受的曳力；ｙ＿＿空气密度Ａ，气体对液滴的快慢；ｄ－Ｍ直径；３０ 第二章喷雾机理研充现状—曳力系数。综合上两式：＝—＝—ａｍ４八３￣、口巧２－３４１呀（）３ＵＣＰｇｄ，ｓｐｈｅｒｅ＿ｐ４如＜时刻液滴直径为，液滴的速度为＾／合成速读为＾＾。（＋４，气体则时刻，？６，４液滴粒径为斗＋４，液滴的速度为气体合成速度为＝－则；Ｗ＂＋ａ浊ｗ２３５＋況（）坤）这样一，在具体的段时间４时段中，液滴运动路径泌：为，化＝＂泌Ｊ雌＋出）２－３２３６似ｇ。加（）巧＝ｕ三－ｄ＋ｔ出（＂）４如＾／的夜滴雾化所花费的时间为＾运动路径＾如下：液滴在直径为，其，王，＝的，＋莖举口－３７）］＞＜＾而Ｇｒｅｔｚｉｎｇｅｒ等人提出了计算液滴直径的经验公式，其表达形式：货Ｄ＝％００ｘ＾ｘ－＾＾＾ｒｗ（ｍＧ〇ｇ〇ｇ－２３８（）式中：Ｚ）表示夜滴质量平均的直径ＭＷ、》！一液、气体质量流量（ｇ／ｓ）；／《／—气体粘度（Ｐ）／；ｇ体在雾化器出曰的质量流率（／ｃｍ？）ｇ（句；一空气出口直径化（ＣＷ）。上述化计算式的不足之处在于计算式中未涉及任何一个液体的物理性质，一送会带来定的误差。这样，喷嘴雾化完成的液滴总数约为；３１ 昆明理工大学硕±学位论文ＫＩ吟Ｕ—Ｘ脚３２２－３９（）單＾＾〇３２６００ｘｘ［（）勺Ｍｇ吼’’根据Ｐｅｎ．Ｒ．Ｈ．所著的《ＰｅｒｒｙｓＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓＨａｎｄｂｏｏｋ》，气体中的ｙ－５２扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为ｌ〇ｗ／ｓ。基于汽体分子的运动轮，分子结构及其运化简，从而得出计算分子扩散的指数理论表达式，再依据试验最。终答案作出修订，进而得到半经验的公式相对理想气体二元系扩散指数来说，它的计算方法可Ｗ通过下方程来确认：ＭｉＪｏ－Ｌ－．ｏｉｏｉｒ＋乂＝￣〇（其中：２４０ａ（）ｂ的气１典—式中：／？＾＾体总的压力；７—液滴的表层饱和蒸气温度；；了—？周围环境温度。；Ｆ—气体厶公的扩散体积。ｓ３、雾化液滴尺寸分布模型、影响喷雾液滴尺寸的因素有很多，其中有喷嘴的结构，雾化液体的密度表层张力、黏度等等物性的数据和雾化介质的密度、速度、环境压力和气液质量比等实施条件。基于雾化的过程中复杂性Ｗ及喷嘴形式多样性，需使用数学的方式来概括的描述雾化过程是难度是非常高的，所Ｗ试验是解答这类问题重要的手一ＰｑＮｕｋ－。段。下述为基于最大煽原理及ｉｙａｍａＴａｎａｓａｗａ画数得到的个数学模型由信息论可知：，信息楠表达形式如下－＝－ＳＫ虹２４１完巧巧（）式中—；Ｓ信息摘；Ｋ—常数；Ｐ－某种事件发生的概率。ｉ对于最大可能的概率有；３２ 第二章喷雾机理研究现状／山７＝２－４２极值（）完＾＾ｉ根据质量守恒定律，单位时间所产生的所有液滴的质量之和等于喷雾的质量－４２流量。于是：，方程（２）的釣束可表达为＝－Ｐ＼ｎＰ２４３）早ｊｉｐ机（式中：Ｐｉ为喷雾中具有容积Ｖ（ｍｌ）液滴的概率，这个概率是Ｗ液滴数目来，表示胁一ｎ为单位时间所产生的液滴总数；ｍ为液体的容积流量（ｍｌ／ｓ）。另个／约束放＾／＝－１２４４１（）对于条件极值问题使用拉格朗日乘数法，有；，■１／＼［ｆＹ－＝＋乂。／０＿ｍ／＋片．．．．．．．．．４５之叩巧Ｚ斬亿＾単）过作ＶｉＪｉ）Ｌ＼＿＝－１打＋１．ｎ＋义ｖ＋片０２４６巧，（）＝１；令７片＋，于是－－＝－７ｅｘＡｖ巧２４７＾ｐ（／）（），式中；／和片为拉格朗日因子。－－？将方程（２４７）代入方程（２４４）和（２４６）中：，得－＇ｅ紋－乂＝－１２４８玄口（叩）（）＝－ｎｅｘ－或７ＩＡｖ４９ｐ（口）之刮－＝ｖ？ｅｘ－和／ｗ／２５０（）艺，ｐ（将方程（２？４９）代入方程（２－５０），有；－ｖ．？ｅｘ２ｖｎ＾，ｐ（，）￣￣＝－２５１町（）与ｅｘｎ－Ａｖｎｒ２＾ｐ（，）３＝由于液滴很小，表面张力将促使它们成为球形，于是，ｖ；ｒ０／６，２／）＝讯＝別）２姑ａ；ｄ／６式中Ｄ是液滴直径。假设液滴直径从最小到（），并令，３３ 昆明理工大学硕±学位论文最大范围内是连续的－１，则方程（２５）变成：Ｄ職＾＾￣ｎＤｔｘ－ａｎＤｄＤ＾｛）Ｉ。伽—ｍｍ－＇Ｄ？＾＾－ｃｘａｎＤｄＤ２－５２ｐ（）（）ＪＡｎｉａ巧ｅｘ－ａｎｅｘ－１ｐａｎ＿化ｎ（化ｐ（么Ｊ「Ｉ６ａｅｘ－ａ＂化－ｅｘ－ａ。Ｌｐ（ｎ）ｐ（化Ｊ－４８）同理则方程（２变成；，〇ｍａｘ２３＝—＿ｌｎｗｌ）？ｃａ＂ｌ）（３ｆ公／ｐ（）Ｊ２－５３（）＝－－－ｈｓｘＰａ＂６ｘａ？￡＞［（化》）ｐ（ｙｆｉ｛｝直毎在Ａ￣之间液滴的数目，即液滴尺寸的数目分布放Ａ＋ｉＤ今、ＤｋＡｚｉＮ＝＝ＪＶ挪＂２－５４ｆ＾玄巧（）Ｄ。Ｕ。‘‘２＞４７）将方程（；代入，得Ａ＋１＾＾Ａ＾＝—ｎＤ－＾－ＧｘａｎＤｄＤｐ（））Ｊ２。‘２Ｐｆｅ＋ｉ３２３＝－－ｅｘａｎ公２－５５ｆ公ｐ（做…．Ｔ）（）ｔｘ－ａｎＤ－ｃｘ－ａｎＤｐｉｌｊｐ（ｉｊ｛ｅｘ－ａｎ－ｅｘ－ａｎｐ（姆ｐ（巧＋１）＿ｅｘ－ａ。－ｅｘ－ａ＂ｐ（瑞）ｐ（边化）则液滴尺寸的数目微分分布为：王＝互既－－ｎＤｐａｎＣ（ｙ）ｄＤ２－５．．．．．．．．．．，２口句２３＝—＿ａ＂￡ｒ；。ｅｘｐ＞（）－－－ｅｘｐａ＂。ｅｘａｎｌ＞（血）ｐ（ｍ＂）将方程与Ｎｕｋ－ｉｙａｍａＴａｎａｓａｗａ函数进行比较；２ｇ＝－彷。－说６＾２５７暮ｐ（）（）＝—式中。＝二、６、。ｈｎ。《为待定量ａＳ，５，、ｑ－－紛－ｐｅｘａ灼。（）ｐ（ｍａｘ）３４ 第二章喷雾机理研巧现状雾化液滴尺寸分布的计算是Ｗ拉格朗日因子法求解方程极值问题为基础，利用数值迭代进行求解的，拉格朗日因子ａ的初始值对整个计算结果影响很大，在求解过程中需要不断地更改拉格朗日因子变化系数Ｐ的初始值来确定拉格朗曰因子ａ的初始值，使得计算结果收敛。拉格朗日因子变化系数与拉格朗日因子初始值ａ的关系式如下：Ｐ＝－３ａ２５８（）上式中Ｆ一为某横截面上全部液滴的总体积。但是由于缺乏大量的实验数，一巧，拉格朗日因子ａ的变化规律还需要进步的研究。４、雾化锥角喷嘴雾化的角受到众多原因的影响，，故而要搭建相应的经验公式也比较艰难来自美国州立大学的Ｎ．Ａｓｈｇｒｉｚ基于大量的试验及其结论提出了喷嘴雾化角的经验公式：－１０＝ａ－也＾－ｔａｎ么＋＋ｓＡ［０）＾］Ｒｅ扼－２５９（）－２式中，０为雾化角ａ为经验值，约为１．７５００￡＝１．２ｘ１０；；Ｐ取；；雷诺４ｅ＝数Ｒ１０。Ａ为喷孔表面积与直径比。许多的试验说明，雾化锥角的大小受众。非常多原因的影响。２．６本章小结本章介绍了烟厂烟草喷雾系统，该系统由料液系统和压缩空气系统构成，主要控制斜液的流量、温度化及压缩空气的压力、温度。然后探巧了喷嘴雾化机理，分析了液体的雾化破碎过程。在此基础上，明确影响雾化效果的因素，提出评价加料效果及雾化效果的指标，其中主要包括加料均匀程度、料液利用率及雾化锥角、雾滴细度等。最后对喷雾的数学模型进行了研充，根据实际情况，喷嘴模型属于外混式空气辅助雾化喷嘴，数值模拟过程主要对喷嘴内外流场进行数值模拟，破碎模型选择ＫＨ破碎模型，曳力模型选择动态曳力模型（ＤｙｎａｍｉｃＤｒａｇＭｏｄｅｌ）。３５ 昆明理工大学硕壬学位论文３６ 第Ｈ章雾化过程的数值模拟第Ｈ章喷嘴雾化过程的数值模拟３．１计算流体动力学（ＣＦＤ）简介３丄１ＣＦＤ仿真软件介绍计算流体动力学可Ｗ简称为ＣＦＤ，其英文全称为ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄａｍ一Ｄｙｎｉｃｓ。在上世纪中叶提出的ＣＦＤ是从流体力学独立出来的个学科，其恃点是能够运用计算机来对流体的传质、流动、传热等相关流体状态来进巧离散化一的种模拟数值方法。ＣＦＤ仿真软件实现流体的仿真流程为：先将空间域和时间域上诸如压强场和速度场的物理场离散化，并＾＾离散化后的局部离散点来代替连续场，再根据各离散场之间的关系建立相关变量的代数方程组，最后通过对建立一的代数方程姐的求解来得到相关场变量，所求得的相关场变量是个近似值。通俗的讲，ＣＦＤ仿真软件是充分结合数值计算方法和流体动力学的相关理论，对相关物理场进行模拟仿真，并通过相关计算程序来得到此物理场在空间域和时闻域中任意指定位置的相关量。实验测量方法、理论分析方法和ＣＦＤ方法是在研究ＣＦＤ问题的过程中最常用的方法。这三种方法各有优缺点，下面对其做相关比较。实验测量方法是通过设计流体相关实验来研究流体动力学的方法，此方法是最原始、最基础的方法，同时也是ＣＦＤ方法和理论分析方法的理论基础。非实验测量法的可靠性和正确性均要通过实验间接或直接地证明，从这个角度出发，一实验测量方法是研巧流体问题最靠谱的方法。但实验测量方法也存在定的缺陷，这堅缺陷就是会受到实验中的相关因素的限制，送些因素主要有；实验条件、环境因素、人为因素、测量精度和研巧对象的尺寸规模等。理论分析方法与其他两种研究方法相比，其突出特点是它能够从理论上来指一导实验测量方法和ＣＦＤ方法，因此通过理论分析方法得出的结果在定程度上有指导意义一。但理论分析方法也存在定的缺陷，那就是在求取理论解的过程中，由于现实问题中的复杂流体运动含有的自变量多，而且是非线性问题，因此要对计算模型进行相关简化。即使通过相关简化，其求解过程也比较繁杂，因此很难求出理论解。ＣＦＤ方法在一定的程度上能够弥补实验测量方法和理论分析方法的相关缺陷，能够充分发挥计算机的作用来进行繁杂的计算，而且能够充分的展示流体过程的Ｈ维性。从送个角度出发，ＣＦＤ方法的优点是适应性强、应用范围较广、功３７ 昆明理工大学硕壬学位论文能全面。由于现实问题中的复杂流体运动含有的自变量多，而且是非线性问题，同时其实际适界条件和相关自变量的计算域仅从理论分析的角度是求解不出来的一，在这种情况下只能通过ＣＦＤ方法来进行仿真计算。另方面，ＣＦＤ方法既能够模拟有毒、高温、特殊尺寸等实验条件，还能够对任何的实验条件和物理模型进行相关数值汁算。而且灵活性好、节省实验时间、节约实验材料及器材，同时能够通过ＣＦＤ方法得到更加详细、完整的计算数据。ＣＦＤ方法是的基本理论＇是将空间域和时间域上诸如压强场和速度场的物理场离散化，并Ｗ离散化后的局部离散点来代替连续场，再根据各离散场么间的关系建立相关变量的代数方程组，最后通过对建立的代数方程姐的求解来得到相关场变量，所求得的相关场变量是一个近似值一。但ＣＦＤ方法也存在定的缺陷，那就是通过ＣＦＤ方法只能得到离一散化后的局部离散点上的数值解，此数值解在定的程度上存在较大的误差。而且在建立相关物理模型的过程中，要选取合适的参数Ｗ及适合实际工况的有限元，不然所求出的相关结构的可信度不商，因此ＣＦＤ方法对相关软件的应用技巧和经一定的依赖性验有。综上所述，实验测量方法、理论分析方法和ＣＦＤ方法这兰种方法在研究动态流体的过程中，各有利弊。在实际工程的研巧中，可Ｗ结合这Ｈ种办法的特点、自身需求，来综合选择恰当的方法。－现阶段：ＦＩＤＩＰ、ＣＦＸ、ＰＨＯＮＩＣＳ、ＳＴＡＲＣＤ、ＦＬＵＥＮＴ，ＣＦＤ软件主要有等。在这些软件中，ＦＬＵＥＮＴ的应用最为广泛，而且适用性最强，功能最全面。本研究在研究内混式空气助力扇形喷嘴的内部流场的过程中就是采用ＦＬＵＥＮＴ一软件。选用ＣＦＤ方法来对喷嘴进行模拟的出发点只有有：第，能够通过相关模拟对喷嘴的实验进行指导，提高实验成功率；第二，对喷嘴结构进行优化；第Ｈ，能够更好的研究喷雾理论，、；第四，速度快、成本低和简单方便第五；降低财力。物力和人力的成本，减少实验次数１、ＣＦＤ软件的基本环节通常状况下，ＣＦＤ软件都有Ｈ个阶段并在软件中都有相应的程序模块，分别是前处理对应的前处理器程序模块，求解对应的求解趕序模块，后处理对应的后处理器程序模块。（１）前处理器所谓前处理器就是为最终的数值计算做相关准备。在实现的过程中，需要依。赖于软件中的相关对话框，实现人机互动，达到各种参数的设置等前处理阶段３８ 第Ｈ章雾化过程的数值模拟所包含的工作肉容主要有：对相关流体的参数进行输入；给定相关计算区域；进行有限元网格划分：根据实际流体工程状况选择符合条件的基本控制方程；若存在瞬态问题，须给出相。关初始条件；对计算模型设置对应的边界条件现阶段，在通过相关仿真软件来研究相关流体时，要花费很多的时间来定义几何区域及生成计算域网格。在使用的过程中，不但可Ｗ选用ＣＦＤ软件自带ＩＴｏ／ＥＮＧ－的前处理模块中的ＧＡＭＢ来进行建模，也可选用ＰｒＩＮＥＥＲ、ＩＤＥＡＳ、ＡＮＳＹＳ、ＰＡＴＲＡＮ、ＣＡＤ／ＣＡＥ、ＣＡＴＩＡ等软件来进行建模，但要通过ＧＡＭ扣Ｔ导入ＣＦＤ软件。（２）求解器在ＣＦＤ软件中的求解器模块中我们要选择恰当的数值求解算法，这是能否。顺利得出理想结果的关键通常情况下，数值求解方法主要有限体积法、有限元法和有限差分法等。虽然方法有所不同，但求解步骤大同小异，而且基本都有下列步骤：建立离散方程组；近似的求解的流动变量代数方程组的求解等。；（３）后处理器在ＣＦＤ软件中的后处理模块的基本功能是充分发挥计算机的处理图像功能一，更加形象的展示相关计算结果。在些常用的ＣＦＤ软件中的后处理模块就能进行相关后处理，且绝大多数都有下列功能：显示计算区域和物理模型的网格；绘制出相关物理参数的等值线图、云图、矢量图、ＸＹ散点图；对图像进ｔ旋转、缩放、平移；绘制粒子的运动轨迹图等等。２、计算流体动为学（ＣＦＤ）的基本内容和求解过程基于ＣＦＤ计算流体所受到力的作用的，需要完成Ｗ下四个环节的任务：一一（１）建立个模型来对工程和物理两方面的问题进行分析模拟。用个控制方程来表达不同物理量之间的相互影响，根据工程的实际情况找出初始和边界两种可Ｗ用来求解方程的条件，在对这两中求解必需的条件进行查找的过程中，研充人员需要做大量的理论分析工作，这样才能确保所确定的条件合理实用。一一（２）找到种方法可Ｗ进行富效的建模并且得到较为精确地结果。在第步中已经根据实际的工程情况建立了控制方程，可Ｗ对此方程进行求解的方法包括有限元法Ｗ及有限的体积法。选择计算方法的标准是能离散方程并顺利得到结果，这其中还要完成坐标系选取，谊界的处置等工作。（３）计算程序的编辑，完成方程的求解。这个环节需要完成的任务包括：对３９ 昆明理工大学硕壬学位论文构件进行网格单元的划分、确定方程求解所需的边界和初始两方面的条件、选取合适的计算系数等。该环节是整个求解过程中工作量最大的环节。在流体问题求解的过程中涉及的因素非常多，所Ｗ求解过程比较麻烦，使用ＣＦＤ方法并不能解决所有的问题，，所Ｗ实际的计算过程要不断地尝试参数的变换确保跟实际条件相吻合。一（４）将求解结果显示出来。在方程求解完毕之后，就会显示出来些包含数据信息的围表，这样对结果的分析和理解更加方便。使用ＣＦＤ方法主要流程如下：（１）完成控制方程的确定。方程的建立需要使用流体理论Ｗ及动力学相关理论；，控制方程主要包括连续性、动量、能量、气体动为等几个类型的方程或者等式。（２）找出求解方程所必须的边界和初始两方面的条件。边界条件的确定渉及到模型的物理条件和实验的具体情况，当遇到求解瞬时的问题时，需要用到初始状态的条件。（３）对流体对象进行网格的划分，得到计算的对象，即节点。在对平面的流体对象进行网格划分的时候，可选择Ｈ角形或者四纽形的单元；当流体对象是Ｈ维立体的时候，可Ｗ使用的单元类型有四、六面体或者Ｈ、四棱柱。单元的形式不同，但是网格划分的方式没有太大的差异。现在很多的软件中都可Ｗ进行网格的自动划分，对于使用ＣＡＤ得到的模型可直接使用。（４）完成离散方程的确立。使用ＣＦＤ方法，所有的网格节点都是未知的计算量，这些节点的数量并非是无限多个，这样针对弦些需要求解未知量就可Ｗ得一到系列的方程，蒋挂些含有位置量的方程进行联立求解，不在计算范围内的节点则可Ｗ上面得到的节点的结果推导得出。（５）对边界和初始条件进行离散化处理。对象的网格划分完成之后，ＣＦＤ的软件就会对边界和初始两方面的条件进行离散化处理，然后给相应的节点分配条件。（６）设置求解的相关系数。这里的参数和流体的物理性质、建模的经验、求解的精度Ｗ及求解的步长有直接的关系。（７）离散方程的求解。求解所建立模型的时候，方法的选择具有重要的意义。高斯消元或者迭代法对线性的方程组具有较高的适用性－，而用牛顿拉夫逊求解非线性的方程组会得到较理想的效果。４０ 第Ｈ章雾化过程的数值模拟（８）对方程能否得到收敛解进行判断。在对流体对象进行网格划分的时候，单元的类型差异较大，求解的方式也多有不同，选取的计算步长不合适等情况都可能导致无法得到收敛解。因此，具体求解的时候，要关注迭代能否实现收敛，选择合适的时机中断计算过程。当计算结果满足精度的要求之后，计算过程就会停止一，如果计算迟迟不能满足精度要求，监视人员可Ｗ采取定的终止措施，找出问题的原因。（９）将计算得到的数据信息显示出来，对数据进行后期的处理。后期处理万的数据主要有下几种显示形式：矢量图、应力云图Ｗ及动画ＦＬＡＳＨ。３、基本控制方程所有的流动传热过程都受物理守恒定律的制约，基本的守恒定律包括：质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。（１）连续性方程连续性方程也就是质量守恒方程流动都一。，任何流体的定满足质量守恒该定律可Ｗ表达为一：单位时间内流体微元中质量的增加等于同时间间隔内流入该微元体的净质量一。按照这定律，可＾得出质量守恒方程：１ｄｐｄｐｕｄｐｖｄｐｗ１ＩＱ１ｄｔｄｘｄｙｄｚ口＿〇其中；Ｍ、Ｖ、ｗ是速度矢量在Ｘ、ｙ、ｚ方向上的分量，／是时间，居是流体的密度。寬当流体不可压缩的时候＾＞，密度＞是常数１上；／，所（＾面的等式可（＾１转变为ｄｕｄｖｄｗ．———＝＋＋０ｄｘｄｙｄｚ＿３２（）若流速处于稳态，则密度／＞不随时闻变化，上面的等式又可变成Ｗ下形式；ｄｕ。ｖ３ｗｐｐｐ—牛＋Ｑ＆卸＆３－３（）（２）运动方程动量守恒定律也是任何流动系统都必须满足的定律。该定律可表述为：微元体中流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微元上的各种力之和。该定律二一Ｘ实际上是牛顿第定律。按照这定率，可导出、ｙ、Ｚ兰个方向的动量守恒方程：４１ 昆明理工大学硕女学位论文ｄｒ．ｄｐｄｔｄｒ．如、＼＾＾？＝－－—————？——１么？＂＂＋＋Ｈ＋ｐＬ（／）ｄｔｄｘｄｘｄｄｚｙＱ－Ａ）ｒｄｐｗ．ｄｐｄｉ。ｄＴ。＋而＝－＋￣＋＋＋含＾户）子＾子子卢／：ｕｔｏｚ９ｘｏｙｏｚ口５）ｄｐｖｄｄｒｄｒｄｒｋ＼ｐ－—＋Ａ？？ｖ＝（／ｖ）ｄｔｏｏｘｏｏｚｙｙ６口）（３）能量方程能量守恒定律是包含有热交换的流动系统必须满足的基本定律，可表述为：微元体中能量的増加率等于进入微元体的净热流量加上体力与面力对微元体所做一的功．其本质是热力学第。依据能量守恒定律定律，则有；＝－＋Ａ．＋Ａｒ．山处Ｊ＋；＋Ｓ的］（Ｖ）】＊巧５＞，／Ｊ－……３７（）需要说明的是，虽然能量方程是流体流动与传热问题的基本控制方程，但是对不可压流动，如果热交换量很小甚至可Ｗ忽略时，可不考虑能量守恒方程。３丄２计算模型的选择１、端流模型的选择在Ｆ－ｌｕｅｎｔ软件中提供的縮流模型包括；单方程ＳａｌａｒｔＡｌｌｍａｒａｓ模型、双方程（ｐ）模型、雷诺应力模型和大祸模型。在两相流模拟计算当中，应用最多的是双方程－－模型，即£模型。Ｆｌｕｅｎｔ软件中给出了Ｈ种ｒｅ模型：标准ＡＴＳ模型占、重－整化群Ｒｅｎｏｒｍａ－－（ｌｉｚａｔｉｏｎｇｒｏｕｐＫｆ模型和可实现（Ｒｅ址ｚａｂｌｅ）的ＫＳ模型。）－标准ＫＣ模型是使用范围最广、具有普通精度和高的经济性的模型。它对奈流动能方程和粘性耗散率方程进行求解，需要解出两个变量。重整化群模型是在标准型的基础上加了端流縱锅－，从而改善了求解精度。可实现的ＡＴｅ模型对空灰数的改变相当敏感，得到的精度也变化很大。本文采用标准模型进行运Ｔ算，它是由祸流粘度假说推出来的。端动能Ａ和端流耗散率ｆ的方程如下；—？—－？Ａ＝－（ｐＫ＋７ＶＫＡＡｆ＋ＣＣＳ）（／））（ｆ瓜ｆｚＰ）９巧ｏｔ口Ｋ色—．＝—＾—－Ａ？ｖ£．Ａｆ－的＋Ａ＋ＣＣＣ９（（／）（）（別ＡｆｓＰ）口）ｄｔＣＴＫ＇￡上式当中：＋－３１０（）４２ 第Ｈ章雾化过程的数值模拟＾＝－Ｃ３－Ｍｐ１１（）．，Ｓ２、多相流模型的选择＂＂‘多相流的相可Ｗ为多种不同的救理巧态，，可Ｗ为固体，也可Ｗ为液体同时还可Ｗ为气体一，同时对于同物理状态下不同的物理性质也是可Ｗ的。所谓一－－－多相流，般来说有Ｗ下几种类型，分别为气液两相流、液固两相流、液液两一－相流－－、气固两相流Ｗ及气液固兰相流。多相流的组成般有两种形克即两种连续的介质一，或者是种连续介质与若干种不连续的介质，我们将连续的介质成为连续相，不连续的介质称之为离散相。一目前在多相流的数值计算时主要有两种不同的方法－，其为欧拉拉格朗曰法一ｅｒａｎａｎｏ－ＥｕｌｒｉａｎＬａｉＭｅｔｈ，另种方法为欧拉欧拉法Ｅｕ。（ｇｇ巧（ｌｅｒＥｕｌｅｒＭｅｔｈｏｄ）－１）欧拉拉格朗日法（ＥｕｌｅｒｉａｎＬａｇｒａｎｇｉａｎＭｅｔｈｏｄ）－Ｗ欧拉拉格朗日法为例，这种方法中将流体视为连续相，将其中的液滴或者是颗粒的不连续性介质视为拟连续介质或者是掛流体。在对连续相进行ｉｆ寶时，采用的是纳维－斯托克斯方程，其中，求解离散相时，只需要对动量方程进行求解即可－拉。在连续相和离散相之间，还存在着能量、动量州巧质量的交换。欧拉格朗日方法对应的Ｆｌｕｅｎｔ模型力离散相模型（ＤｉｓｃｒｅｔｅＰｈａｓｅＭｏｄｌｅ。）一在利用欧拉－拉格朗日法对多相流运动进行研究时，其模型有两种，个模型一为单颗粒动力学模型，还有个为颗粒轨道模型。前者对于连续相的流场视为已知，单个颗粒在连续相流场中的运动和受力情况要进行考虑，而颗粒相对连续相的流行的影响也就不予考虑。而后者所考虑的则刚好是前者不考虑的。別欧拉－欧拉法ｕｅｒｕｅｒ（ＥｌＭｅｔＥｌｈｏｄ）在欧拉－。欧拉法中，将离散相进行处理使其成为连续相在对相占的总体积的比时一。，般采用相体积率来表示－ｅｆ在Ｆｉ巧ｕｅｎ，共有王种欧拉欧拉多相流模型，即ＶＯＦ（ＶｏｌｕｍＯｌｕｄ）模ｔ中型、混合物模型（Ｍｉｘｔｕｒｅ）和欧拉（Ｅｕｌｅ。模型。（１）ＶＯＦ模型ＶＯＦ模型是一种在固定的欧拉网格下两种或多种互不相溶流体的界面跟踪一方法一。通过对每相的动量方程分别计算和计算求解域内的每流体的体积分数来模拟两种或Ｈ种互不相溶的流体。ＶＯＦ模型主要应用于分层流、自由表面流动、射流破碎、灌注、流体中的大气泡运动等。４３ 昆明理工大学硕±学位论文（２）混合模型漏合物（Ｍｉｘｔｕｒｅ）模型不仅能够模拟具有相对速度的两相或多相么间流动，而且也能模拟没有离散相相对速度的均匀多相流。混合模型通巧计算海合相的动量方程、连续性方程、能量方程、第二相的体积分数和相对速度方程，来模拟混合流动。混合物模型主要应用于低负载荷的粒子流、气泡流、沉降过程及旋风分离器等。（３）欧拉模型欧拉（Ｅｕｌｅｒｉａｎ）模型可Ｗ模拟多相流流动及相间的相互作用。连续介质和离散介质都当做连续相来处理一，对每相都建立连续性方程和动量方程，通过压力和相间系统的稱合方式来求解。欧拉（Ｅｕｌｅｒｉａｎ）模型主要应用于气泡柱、颗粒悬浮和流化床等。（４）离散相模型离散相模型（ＤｉｓｃｒｅｔｅＰｈａｓｅＭｏｄｅｌＤＰＭ又称颗粒轨道模型，在连续介质（气，）体或液体）和不连续介质（液滴、气泡或颗粒）组成的多相流中，将连续介质视为连续相，不连续介质视为离散相处理。离散相模型主要应用于颗粒分离与分级、喷雾干燥、流化床、液体燃料的燃烧Ｗ及煤粉燃烧等。３丄３流场数值计算的方法在进巧流场数值计算时一，般都要进行离散化的方法对计算区域进行划分，使其成为很多歌控制单元，紧接着在这些单元里，将控制方程组进行转化，使其成为离散化的方程组，最后对这些离散化的方程组进行计算。在求解离散化的方程时，有两种不同的方法ｏｕｌｅｄＭｅｔｈｏｄ，分别为稱合式解法（Ｃｐ）和分离式解法巧ｅｇｅｇａｔｅｄＭｅｔｈｏｄ）。１、賴合式解法（ＣｏｕｌｅｄＭｅｔｈｏｄ）ｐ禪合式解法联立离散化方程组，对物理量进行求解，其具体操作步骤如下：一１（）将压力和速度等物理量进行假设，使其有个巧始值，对离散化方程的系数和常数项等进行确定。（２）对其中的方程进行联立，并对其进行计算。。）计算溃流方程等。（４）对计算结果进斤判断，看其收敛性，如果计算的结果是发散的，那么返回到第二步，重新进行计算，直到最终结果是收敛，对上面的步骤进行重复，从而对步长进行计算。４４ 第Ｈ章雾化过程的数值模掛２、分离式解法（ＳｅｇｒｅｇａｔｅｄＭｅｔｈｏｄ）分离式解法在进行求解时，，对各个方程狙进行求解，然后得到方程的解而不是直接对离散化方程组进行求解。从目前来看，流场的数值计算所采用的方法中，使用的最广泛的方法为皮力修正法，这种方法的本质是迭代，具体的思路为：一（１）对压力场进行假定，使其有个初始值。２一（）第步中的初始值，对动量方程进行求解，从而计算得到初始速度场。（３）根据第二步中的计算结果，即初始的速度场对连续方程进行求解，从而得到了压力场的修正方程，然后通过得到的压力场修正方程来修正上面的初始压力场和速度场。（４）对滿流方程等进行计算。（５）对计算结果进行计算，判断其收敛性，如果计算结果发散，那么返回到ｌ第二步，直，，对其进行重新计算到结果收敛为止，在实现收敛ａ后对步长进行计算。３．２曠嘴建模本文研究的对象是ＣＯＭＡＳ双介质喷嘴如图３．１所示。喷嘴由芯轴、螺母、螺管、、料腔、空屯螺钉、气腔、连接体、进料接头、进气接头组成，其中通过调３二维。，．节芯轴可Ｗ改变雾化细度及雾化锥角．２为喷嘴的，图剖视图ｍｍａ）实物图ｂ）Ｈ维图图３．１ＣＯＭＡＳ双介质暗嘴Ｆ．．１ＭＡｒＮｌｅｉｇ３ＣＯＳＳｐａｙｏｚｚ。该双介质喷嘴为外混式空气雾化喷嘴，液相为水，气相为压缩空气高速的压缩空气经气腔与螺管喷出的水相互作用，气体把低速水柱雾化成细小液滴。其。中压缩空气与水流之间呈４５。４５ 昆明理工大学硕±学位论文Ｊｎ一ｉ，Ｉ飞＾￣＾Ａ＾＊！＊ｇ＾＾７■＾＇＊■＊■＇＾＞＾＾？！＾ａａ：ａｓｗｅａＥ＾ａａａａＢＢｇ？！ｉＨａｗＫ！＾ｏＫｓ：ｓｓ心■■Ｋ边藏■：＇ｒ■＾ｓｓｌ拍巧８５Ｋｗｌ＃接＾＾；＾ｇｙ＾图３．２喷嘴剖视图Ｆ．．２ｎａｅｗｉｇ３ＳｅｃｔｉｏｌＶｉｏｆＮｏｚｚｌｅ第二章研巧发现，喷嘴气液速度比是影响喷嘴二次雾化的主要因素。但是烟喷雾系统并未对气液出口速度进行监测，因此需要建立压力与速度之间的模型。．草且喷嘴是外混式空气雾化喷嘴，喷嘴气、液相内流情况对雾化效果影响很大，需要分别对喷嘴内气、液内流场进行数值模拟。３．３喷嘴内流场仿真与数值模拟３．３Ａ气相内流场数值模拟１、气相网格模型喷嘴气相流域的Ｈ维结构如图３，Ｚ轴由入曰进入气腔．３所示压缩空气垂直，随后沿Ｙ轴方向进入环形通道并加大压缩空气流速，在喷嘴出口处流速达到最大。Ａ图３．３气相流域Ｈ维结构Ｆ－ｉ３Ｔｇ．义ｈｅＴｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏ打ａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＧａｓＰｈａｓｅ一由图３．３可知气相流域是轴对称图像，为了计算速度提高，取其半进行网格划分。为了提高收敛精度，模型全部采用结构化网格处理，其网格模型如图３．４所示。其中共有２４２４５４个单元，网格质量如图３．５所示，网格平均扭曲度为０．２３，４６ 第三章雾化过程的数值模拟网格质量相当高。＾‘＂ＪＬ？ｇｃｎＭＯＯｍｒａｇ（）１２５０３７筑图３．４气相流域网格模型Ｆｉｇ．３．４ＴｈｅＭｅｓｈＭｏｄｅｌｏｆＧａｓＰｈａｓｅ，▼Ｓｋｅｗｎｆｓｓｆ苦載泣京鄙帮！！Ｔ巧９化－１０｝￣ａｘ省蒜Ｍｉｆ￣￣＂￣Ａｖｅ．２５６３？！＾３７１２１１４７＾＾＾＾ＳｔａｎｄａｒｄＤｅｖｉａｔｉｏｎ．２４Ｓ３£５＾＞９１１０２７４［图１５网格质量Ｆ．．５ＴＭｉｇ３ｈｅｕａｌｉｔｏｆｅｓｈＱｙ根据烟叶加料生产工艺，烟叶流量为５（Ｋ）ｋｇ／ｈ，为保证烟叶能够充分受料，按１．８％。的加料比给烟叶施加料液，经计算料液流量为０．（）０２５ｋｇ／ｓ为考虑不同压，，。力对雾化质量的影响依据生产情况设计了４种不同的工况，如表３．１所示表３．１计算工况Ｔａｂ３．１ＴｈｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＷｏｒｋｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｅ项目＃１沿＃３＃４入口空气压力２．０ｂａｒ２．ｒ．５ｂ．５ｂａｒ３０ｂａ３ａｒ＂°？’入口空气温度６０Ｃ６０Ｃ６０Ｃ６０〇烟叶流量５００ｋｇ／ｈ５００ｋｇ／ｈ况Ｏｋｇ／ｈ５００ｋｇ／ｈ料液流量０．００２５ｋ／ｓ０．００２５ｋｇ／ｓ０２５ｋ／ｓ２５ｋ／ｇ．００ｇ０．００ｇｓ’°料液温度５ＳＣ５５Ｖ５５Ｖ５５Ｃ４７ 昆明理工大学硕±学位论文２、气相流场仿真分析Ｆｅｎｔ本文采用ｌｕ对喷嘴内的气体流动情况进行研究，根据实际情况，边界条件设置如下；喷嘴内压缩空气稳定状态流动的流场模仿运用三维的分离隐式求解器来进行ｒｅｓｓｕｒｅ－求解ｉｎｌｅｔ，雾化的介质垂直于Ｚ轴进口，进口边界条件为ｐ，压力分别为温度为－ｔ２站、２．５ｂ、ｂａｒ、址口ｒｅｓｓｕｒｅ０山ｌｅ．０ｂａｒ３．０３．５ｂ，６０。出的边界条件为，ｐ一出口的圧力为１ａｔｍ。在求解控制数据的设置过程中，压强速度稱合方法要采用一，压力的离散化格式根据Ｓｔａｎｄａｒｄ格式阶迎別ＭＰＬＥ，其他参数离散化格式是？风的各式，亚松弛因子设置成０．３０．５。流场模巧结果如下：（１）压力分布在流体运动的过程中，总皮是静压和动压的总和。喷嘴内部的静压数据能够。．反映流动阻力，而动压则反映的是流动动力如图３６所示，喷嘴里面的静压与压缩空气进口周围基本维持在入口压为下，不随通流截面的变化而变化，在喷嘴出口周围气体压力在此发生显著变化。＇ＩｉＩ，献巧３紙冷斯Ｉ５换设５獻巧ＯＷＳＪｆＣ４《ａＨＶ巧§？々巧巧＾８＾？巧ｙ巧．巧巧巧■斯ｗ巧巧饼巧巧Ｉ巧色《激．ｐｅ．ａ）气压２．０ｂａｒ４８ 第王章雾化过程的数值模拟：ｓＥ隱麵單讀；；麵論義誦，Ｉ造Ｉ＂議亿玄１１議£汾铅ＩＭ：＾ｙＪ＇ＪＩ：换媒—！｜Ｘ＊Ｉ＊０００？００ｊｔｏ晚巧５拭如；《灼ｅ巧巧ｓ｛ｐ３￥ｃ巧Ｗｓｔ２３，效！£妻ｙ＆？？巧６从貧巧ｆ！巧Ｃ试投．成５！ｉｂ）气压２．化ａｒＦＩ＇．；ｒＡ？：ｆ黨霞靈Ｈ屬：，■．．ｍｍｍｍｍ＊４＾Ｉ圓Ｓ傲５：２：Ｉ，换冷ＨｇＪ■５换媒、巧始巧泌换，《＊＾冉巧银《£巧城Ｗ巧、巧巧£ＡＶＳＳｆ。例－ＳＭ巧巧ｊＳ骑巧巧＜电Ｃ气压３．０ｂａｒ）隆＇’－＇＞。：《々圍醒Ｉ！＇姑巧Ｉ：？■＇ｉ巧ｂｆ＇，■■ｔ■媒ｉｉｎｉｎｎｉｌｉｒＴ■ｆＡｍＭＶｉＴｉ附ｗＭｗｉｆｉｉｉｉｗｉ’：ｓｓｔｅａｓｉ，前倩ｉｇＳＳｌＩ１ｒｉ：－：ｋ乱；：ｉｚｔ》々＊々＜Ｉ画Ｉ私似１？５Ｓ０Ｍ？ＩＣｗｔＫＦｉ《筑ｅｃ巧。ｗｅ旅始换Ｗ，巧巧玲巧！＊ｙ々ｉｓ＊ｆｒｌ＾ＳＦｗ４；》Ｃ＾＾．３！Ｉｄ）气压．５ｂａｒ３图３．６气相圧力巧布图Ｆ．．ｒｓＰｒｅ巧ｕｉｇ３６Ｃｏｎｔｘｍｏｆｒｅａ）速度分布２．０ｂａｒ、２Ｚ压缩空气分别封．５ｂａｒ、Ｓ．Ｏｂａｒ、３．５ｂａｒ任力垂直于轴进到喷嘴４９ 昆明理工大学硕±学位论文内，如图３．７所示进入气腔后通流面积增加流速减小，随后沿Ｙ轴进入环形管道，。通流面积减小流速增加，并在喷嘴出口处达到最大ｌｉ鼠一‘，＇撕巧？，，、＞［＇岛Ｗ離品Ｇ＇踢多：才３ｆ南撫．户．３？－斯巧、３知＾！ｇＬＩｍ１ｉｚｚＩｍ，獻饰ｉ古圓＇－！；效響＇奶泌冷冷畫＆铜！Ｓ汾娜編ｌｕｍｐＩ飾鸿■；Ｚ娩３梯Ｉ■Ｉ，趴卿Ｌ－■＊ｃｔａ色ｕｎＷＹ＾巧树巧俯《）＆《随３；巧．泌；＊Ｗ！Ｓ巧Ｍ巧０站＆抽铁＊Ｆ说；．Ｐ．》ｆａ）气库２．０ｂａｒ捐写＇■＇＜－ｉ，ｉＩ＇…ＭｉＪ新画圓圓鬧國績＂＝？？？？？ｗ６＊！ＳｉＭｒ，＆＾：Ｈ＾ＨＪ；縣纖｜桌：｜＾：：；；５？＊？：；．巧：；；：：叩：氏！：：：＂：咕：；：：；ｓ巧啤；ＩＩ｜ＳＳ３＾：ＣＩ？巧；油ｓｒｔｔｆ々＾ｓｙｊ＊ｓ＾斌辟巧項？９．巧巧Ｉ？？？活巧幻封，玲巧．游ＹＳｐａｓ！ｂ）气斥２．５ｂａｒ＇‘．ＰＰ＾９如１３？＊？？油＇：＇＇：．；＾：．》縁：产？辨巧ｒ：巧１ｒ：，ｙ：；；．《巧於；縱識闕ｉｉＭ：．如５＊？懸，．Ｅ喝霸＇Ｓｉ８技巧處＇調：：：－＾－Ｍ！；皆Ｗ’ｉ！Ｉ；ｒ．ＬＲＯＭＥＩＣｏｔｔｆｎｕｎ一Ｗｅｆｅｕｓｃ化巧《｜ｕｅｔｅｎｔｆｓ，哈巧，巧。ｉｙ｛■巧巧村＃ｓ巧巧與，Ａ．巧树麵ｉｃ）气压３．０ｂａｒ５０ 第Ｈ章雾化过程的数值模拟……－ｐＦ零岭曲嫁章緊＇禹護纔聲綾纖績殺療動鐵哺ｉｉｔｅｉ鑛雜；：城ｉ；學．说换撕＂ｋ勢Ｉ＊々＊巧知地：私＾、＊ｊｆ：茲敲说巧；！如０‘．．Ｉ｜Ｋ亩，叶，ｊ醒ｔ＊３赌医＇＾－－－７Ｐ＊＾＾Ｓｐ！拉巧，巧＊ｗ面ｍａｒ，■：Ｍ知曲ＢＢ＾：气禹‘ｌＩＩＩｉ々’，做６换卿，－Ｊ斯０１Ｉ？渐碱ｌ１＿＾ｗａ龄＇谢肪《ＣＴ轉树５；ＨｙＭＳ驴／９饥ＳＳｆ巧．巧巧Ｃ脚；｜ＨＷＳ化构於巧．則敎．巧例．巧巧ｄ）气压３．５ｂａｒ图３．７气相流速分布图Ｆｉ．３．７ＣｏｎｒｓｆＳｅｅｄｇｔｏｕｏｐ压缩空气出口的流速是影响雾化效果的重要因素。对模拟得到的结果进行整理汇总，其结果见表３．２。从表中可Ｗ看出，随着压缩空气的入口压力增加，气体％’在喷嘴出曰的速率也逐渐增加。表３．２模拟结果汇总表Ｔｔｎａｂ．３．２ＴｈｅＳｕｍｍａｒｔａｂｌｅｏｆｓｉｍ山ａｉｏｙ入日压力出口速度２．０ｂａｒ３２０ｍ／ｓ２．５ｂａｒ３６５ｍ／ｓ３．０ｂａｒ３９６ｍ／ｓ３．５ｂａｒ４２９ｍ／ｓ３、气相流动的理论分析根据气体于喷嘴内流动的基础理论，如果喷嘴内流动是定比热容理想空汽二（Ｋ７），依据守恒的原理，则有：。互二－￣二二－－能量方程：ｄｃｃｄｃｄｈＣｄＴ。〇口）ｐ＾——－二１动量方程：ｃｄｃｖｄＳｗ３３ｐＬ（）＝－状态方程；ｖ民Ｔ巧１４ｐ）ｇ５１ 昆明理工大学硕：ｔ：学位论文打ｖ＝ｃｏｎｓｔ－过程方程：ｐ（３１５）－声速方程：３１（句堂＝心屯－连续方程：３１７（）ＡＶＣ＂－ｉ７Ｖ＝３－多变过程：Ｃ０ＷＷ（１８）式中Ｃ是汽体的流速，ｈ代表气体拾，Ｃ代表定压比的热容，Ｔ代表气体温ｐ。度，Ｖ代表比体积，是为所做的功，是气体常数，Ｃ代表当地的声速，Ａ是，流道截面积。总结上式得：＇－—＝＾＾ｘＭａｘ—－ｌ３１９（）（）Ａ巧一１Ｃ喷嘴中流速计算公式为：＝－ｌ－３－ｃｃｘ４ｒ］２０：［（（）ｊ＾－１Ｐ、打喷嘴中气体的流速通常都依据最小的截面（喉部）的数据来进行计算：’造巡＝造叫Ｃ３－２供产］（ＵＶＶ－ｌＰ＊，＼ｙ〇入口皮力为：９讯狙＝＿２２ｐ口）：鲁原涼出口速度为：－－－ｃ＝ｃｘｉＸＬｘｉ４ｙ－２３：［（４ｒ］＾［（］（３）Ｊ＾－Ｖ—ｉｐｉｐｎ〇ｙｘｏ２＝一在入曰压力为．０ｂａｒ的情况下３３３Ｋ口压，喷嘴入口温度Ｔ，出力为个大２气压＝，喉部面积为Ａ？３４．５４ｍｍ，；ｉ？根据上述公式进行计算，可Ｗ得到＞出口速度为：５２ 第Ｈ章雾化过程的数值模拟－与－Ｃ三Ｃ－ｘ＝Ｘ－ｘｌ；＾［（每］＾口（旱片］ＶＳ、－人—ｒｉＰ１ｐ＼〇Ｙｎ１－．３５ｒ「＝—Ｖｌ．４ｘ２８７．ｌｘ３３３－Ｍｌ．４１１０．２，ｊ＝１３３．巧同理，可Ｗ计算得到其他Ｈ种情况下，出口速度和出口温度，计算结果如表３．３所示。表３．３计算结果汇总表Ｔａｂ．３．３ＴｈｅＳｕｍｍａｒｙＴａｂｌｅｏｆＣａｌｃｕｌａｔｅ入曰压力化ａｒ）出口速度（ｍ／ｓ）２．０３３１．２９２．５３７５．７８３．０４０７．４０，３．５４３２乂９对比表３．２与表３．３，不难看出理论结果与数值模拟结果存在误差，由于理论计算过程中忽略了喷嘴结构引起的阻力损失等。３．３．２液相内流场数值模拟１、液相网格模型喷嘴液相流域的Ｈ维结构如图３．８所示，水垂直Ｚ轴由入口进入料腔，随后沿Ｙ轴方向进入螺巧。５３ 昆明理工大学硕±学位论文气％图３．８液相内流域模型Ｆｉ．３．８ＴｈｅＭｅｓｈｇＭｏｄｅｌｏｆｌｉｑｕｉｄＰｈａｓｅ液相流域模型全部采用结构化网格处理，其网格模型如图３．９所示。其中共．有７８６７１３个单元．００３４，，网格质量如图３１所示，网格平均扭曲度为网格质量相当高。…心刪：，巧■一：－’隱．１＾—ｔ：ｔｃ＜々化巧由々巧…………娜岭图３．９网格模型Ｆ．３ｍｏｄｅｉｇ．９ＭｅｓｈｌＳｋｅｗｎｅ巧＞｝＇Ｍｉｎ￡ｉ品品扇巧品Ｅ巧Ｉ＇￣￣￣￣＇ｉＳ？ｒａｒｌ４５９４８４Ｓ８ｉ？［□ｉ｜￣￣＾ＩｔａｎｄａｒｄｖｎＳＤｅｉａｔｉｏｎ３＾１２３３１７８［３１图．０网格质量Ｆｉｇ．３．１０ＴｈｅＱｕａｌｉｔｙｏｆＭｅｓｈ２、液相流场仿真分析根据实际情况，边界条件设置如下：ａｓ－ｆｌｏｗ－运用Ｈ维分离隐式求解器来进行求解，进口边界条件为ｍｓｉｎｌｅｔ，质５４ 第吉章雾化过程的数值模拟°０－山化量流量设置为．００２５ｋ／ｓ温度为Ｃ口的界限条件为ｒｅｓｓｕｒｅ０１ｇ，５５；出ｐ出曰一的化力为１ａｔｍ。在求解控制数据的设置过程中，压强速度锦合方法要采用一ＳＩＭＰＬＥ，压力的离散化格式根据Ｓｔａｎｄａｒｄ格式，其他参数离散化格式是阶迎？风的各式．。：，亚松弛因子设置成０．３０５流场模拟结果如下（１）速度分布０１１水．００２化／ｓ的流量垂直于Ｚ轴进入喷嘴３．ｇ，如图所示水进入喷嘴后通，流截面变大流速减缓，随后进入螺管内，虽然截面变小但是由于水的流速很低。并未显著提升在喷嘴出曰附近设有旋流加速装置，急剧缩小的流道提升了液体的流速，〇．１５ｍ／ｓ。随后经过喷嘴喉部再次加速，从而经出口喷出，其流速为—｜｜：Ｔ１：ｒｔＩｌｉｉｉｉｆｒ副２—ｍ—ＩｉｉｎｉｌｉｉｗｒｗｇｒＭ額＇￣＂’＇￣麵圓■ｉ，．＊誦■Ｉ．．．．Ｉ画》＿＿？５？？Ｋ（２Ｉ＾Ｈ２２６？＾ｆｉ４ＪＬ１：ｅ＾３＾５＊〇〇？〇〇Ｄｃｅｕａ？ｏｃＡｒＷ，２０巧ｒｔｆＶｄｒｔＭ巧曲饼ｐｙ０Ｋ＞抢．ＷＩＳＹＳ巧Ｉ巧。３ｄ，ｐｔ｛图３．１１Ｙ轴面速度岩图Ｆｉ．３．１１ＴｈｅＣｏｎｔｏｕｒｓｏｆＶｅｌｏｃｉｔｉｎＹａｘｉｓｇｙａ）压力分布液相流域结构较为简单，喷嘴前段没有急剧扩大或缩小的截面，液体稳圧流动，３．１２，经过旋流装置时压力升高对应的流速增大。仿真结果如图所示。５５ 昆明理工大学硕±学位论文．娜隹．Ｉ＇’＇＇＇，；：ｒ：■■．＇＇‘－－、＊攀品－：；水Ｉ．＇＞２ｃ＊０ｉ，，心麵々，飾ＴｆｉＪｉＰ－Ｖ？？ｒ＾ｍｕＩ■２＊．Ｓ２ｔ３ｉＬ一＊８去巧＊！ＣｏｆＪｔｔｗｓ＃毎巧ｅｆｔ巧ｓｕｆ＾ｉｗｓｃ＾哈１４．巧巧ｉ々ｉ，Ｃ巧ｉ．巧幻ｉ饼巧￥说拆巧知Ｂ图３．１２Ｙ轴面应力分云图Ｆ．Ｉｉｇ３．１２ＴｈｅＣｏｎｔｏｕｒｓｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅｎＹａｘｉｓ３．４曠嘴外流场数值模拟利用Ａｎｓｙｓ软件绘制出喷嘴流域的兰维模型，采用混合网格对模型进行网格划分，网格总数为１７０万。喷嘴中料液进曰、压缩空气进口均平行于Ｚ轴，喷嘴．１３，。．出口空间网格模型如图３所示其网格质量如图３．１４所示＿偏图３．１３喷嘴出口空间网格模型Ｆｉｇ．３．１３ＴｈｅＭｅｓｈＭｏｄｅｌｏｆＮｏｚｚｌｅｅｘｉｔ▼ＪＳｋｅｗｎｅｓｓＭｉｎ苗拒苗Ｌ．＇—？＾＾ＭａｉＣ１＾７３９２＾２８４＾＾ＩＺ＾￣ｒＡｖｅｒａ＾Ｔ．〇＾３２６５３ＳＳｉｉ＾品ｉ争玩苗远筑〇ｒｄＤｅｖ姑ｏ口ｓＴＳＳ）｜图３．１４网格质量Ｆ．．４Ｔｈｅｉｇ３１ｕａｌｉｔｏｆＭｅｓｈＱｙ采用兰维分离隐式求解器求解－ｓＦ，选择标准ｋ模型；采用隐式彻；ＶＯ模型力方式。在相的设置中，水设置成第两相，空气设置成基本相，考虑筒壁粘附效５６ ＝第章雾化过程的数值模拟应，液体和空气之间的表面张力系数设为０．０７。操作压强为１个大气压，压缩空口ｅ－口气入条件设置为ｖｌｏｃｉｔｙｉｎｌｅｔ，速度分别为喷嘴出速度，料液的入日边界条件为ｖｅ－ｌｏｃｉｔｙ，速度分别为喷嘴出曰速度，然后选用ｐｒｅｓｓ０山ｌｅｔ作为喷嘴出口边１５５界条件，个大气压Ｃ，并把出口空间设置为压力远场。仿静压为，温度均为真模拟结果如下图３．１５所示，图为出曰空间速度流场分布云图。￣■■ｊＭ議１留画４．￥；ｇ佛》？；＜靴ＩＩ国＾ａ）气压２．０ｂａｒ＇＾、－。ＩＴ：：巧气：Ｔ－Ｍ－ｌ；Ｓ－ＨＬｒｗ＾！’＇巧；三巧ｉ贿巧績；Ｓ；ｔ豁：技＾身达气５吸棚？，３换０１（脱碱泌。；化Ｃｏｔ给ｒｊＷＶｉｊ化跨化ｒｕ山化（如，ＭｆｓＲｅ？４你！换屯．郑巧ｇｑ化巧化ｗｊｖ《１ａ巧－陆ｍｓ￥化满巧￡（设供．沛ｅ．５．证ｗｗｉｉｂ）气应２．：５ｂａｒ－—眾－ｇ；Ｒ—ａｎｊ．；：＿ａｉｌ■．＂■！？‘ｉｆｕｍ：：ｓ－７＾＾？ｎ换碱￥－｜２論０？幻８＾５？《处餘巧兴《；巧巧巧曲於。游巧斯？Ｊｊｆ＇ｒｓｏ。巧的巧１＞》ＡＭＳＣ化１？？６Ｊ，１＾Ｈ．、＞１＾！＃－嘴巧（》脚＊３ｒ＾？ｃ）气压３．０ｂａｒ５７ 昆明理工大学硕±学位论文，’■■＾．窗画１严ｍ］ｔｚ８换■＾ａ？３，Ｈ５换々，ａｗ？＜ｎＵＨａ＊ｏ＊〇ｆｔ？’巧巧＂说？＂Ｃ前换巧拓Ｖｓ＾Ｗ？５ｆａ２ｊ〇ｅ《？诞朔《＋ｅ？約＾，：＾巧ｔｓｖｓ巧巧（５定０．许斯，Ｓ，Ａｓ．ｐａ細Ｗｗ〇游Ｊ巧（的ｄ）气应３．５ｂａｒ图３．１５速度分布云图Ｆ．１５ＴｅＣｏｎｏｕｒｌｉｇ３．ｈｔｓｏｆＶｅｏｃｉｔｙ°气液两相出口后高速运动的气体Ｗ４５作用在低速运动的液体上，从而形成气液混合相，由图３．１５可Ｗ看出其喷雾的形式变化不大。ＩＩａ）气巧２．０ｂａｒ＇－ｙｉｓａ＞ｉＭｙ４ｓｏ？ｍ＂＂＾■＇ｉｓｓｉｉｆ＾ＭｍｍｍｉｍＢＢｍｉｌｉ２ｉｓ〇＊＾０ｅ２Ｑ巧ＩＳＷＯ；ｂ）气压２．化ａｒ５８ 第Ｈ章雾化过程的数值模拟—＇＇町Ｒｍ＊Ｉ：ｍＭＳ，化如巧識疫哪拔１疆－＂？厳（？‘別闲．？ｊｐ＊哨哉屋，疋＜３細ＢｉＨｍ；Ｅ？：Ｉｉｌｉ？＾ＷＩ…ｉ化？＊）Ｂ＾ＨＢｔｙＭｉｉＭｉｔｇｉ關ＢｗｔａｉＢａＢＢａＢＢＢｌｆｃｉｉｉｉＵ〇Ｂｉ＾ＥＢ＾ＳＢｉｍｃ）气压３．０ｂａｒ？＇＇＇方，啼、《、巧齡ｈ巧Ｖ？、＇？■？—－，．，ＳＷｆｔｇＢＢｇＷＷｆ＾Ｍｒｔｆｓ＂ｆ．ｗ，乂，．，：。＼ｊ麵圓靴街■国１＾轉山，二知皆ｊａＭＭｉｌｔｆＵａ巧－．如咕，化Ｗ，—如Ｖ．个义、，１ｇＭｉＬＬ—ｉｉｉａ—ｔ陛？＇＊＊ｏｏｏｅ－ｏｉＩ：游，，志＊，；ｊ＾＾４？？、－＇巧咕？■巧爲邱：ｒ＇；＂ｉＩ：ｒ；隨乎早魄恶■ｅｄ）气压３ｊｂａｒ图３．１６液体体积分数云图ＩＦｉｇ．３．１６ＣｏｎｔｏｕｒｓｏｆＭｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＨ２０图３．１６为液体体积分数分布图，由图可知液体从喷嘴射出后，经过雾化液体体积分数不断减小，碎裂成小液滴。３．５本章小结一个详细介绍本章主要介绍了首先对流体计算软件ＣＦＤ的：包括ＣＦＤ的Ｈ个基本环节，基本内容和求解的过程；流体动力学常用的Ｈ个基本控制方程：连续性方程、动量方程、能量方程，Ｗ及控制方程的离散化方法；端流模型的选择心及多相流模型的选择。本章还对喷雾的内外流场进行了数值模巧，建立Ｔ加工工芝参数与喷雾效果之间的联系。通过内流场数值模拟与理论计算结果进巧对比分析，虽然存在误差，但是验证了模型的可行性。此外，研究了喷雾的外部流场，可直观的看到液体５９ 昆明理工大学硕±学位论文体积分数的变化情况一，但其粒径大小的跟踪需进步研究。６０ 第四章实验研究第四章实验研究４．１实验台设计原理图，并了解了各厂的加料设备原理图根据前期走访上各大知名卷烟厂。调研发现对于供料系统，主要为料液提供动力，对其流量进行控制；对于压。，主要通过空气粟提供动力缩空气系统，并对其压力进行控制喷嘴雾化实验平台主要研究喷嘴雾化及其喷射系统机理。根据机理研究及实、、温验方案，需要对压缩空气和料液的流量压力度进行控制，其中对于流量和压力进行局精度控制。，如下图４结合各厂加料原理图及机理研究．１，明确实验平台的设计原理图所示：ＭＭ＊—ＶＭ？？＊？．—ＭＭ雾乾介质ｊ１Ｉｊ测鹽系统，ｉ供绘系统轻紳ＩＶＩ！Ｉ！ｉ—￣表面张力測量！Ｌ＿凌绿一？！，ＩＴｉ！－气路Ｕ：：：：：．！Ｉ＾広感器Ｌ气店缩／＇—节流阀ｉＩ壬—吗ｙ目唉Ｉｊｊ普｜－￣■＂？：ＥＥ或赤；三齡的过Ｊ扫ＨＩ相机＝＝＝＝＝＝＝＝度计夺减Ｉ呵巧Ｊ］？ｔ＾ｊｉ－１□１＾０—＾ｄ：：！ｙ－二二二二二二５＾溫睛子ＩＩ志；言Ｉ＾Ｉ系巧Ｉ症力表＾雾化室！ＩＩ＾＾１如／１冀温度传式—气阀Ｗｌｉｉ？Ｉ感器位移传器）化守Ｉ；Ｉ片Ｌ￣？呈互液位计［｝Ｉ给！＇Ｉ悼＇！——Ｊ￣■＿Ｉ＾减压阀Ｉ温度计ｙ——！ｉＹｓ＇排；圆瓣液ｉＬｉＪＩｉＬＩＩｆＩ－ｉ加料系统！■ＩＩ［４１图．实验平台原理图４－Ｆｉ．．１Ｐｒｉｎｃｉｌｅｄｉａｒａｍｏｆ１：ｅｓｔｂｅｄｇｐｇ。实验平台的设计分为四个部分：液路部分，雾化室，检测系统，气路部分一雾化室：为了模拟加料滚筒的工作环境，同时喷射距离限制在定空间内；。同时，还要防止雾化室内压力过高使部分雾滴从缝隙外溢６１ 昆明理工大学硕±学位论文测量系统：主要包括气、液的压力、流量测量装置，更重要的设置有测量雾化颗粒特性的装置；加料系统；包括储料装置、给料装置、带阀口的输送管、喷嘴、雾化室、带阀口的回收管路等，并附加了如加揽拌器、水份补给装置、加温装置等保证工质的性质恒定；雾化介质供给系统；为雾化提供确定湿度和压力的压缩空气。４．２实验台的关键参数压缩空气最大压力：ｌ．ＯＭＰａ３２４ｍ压缩空气最大排量：．／ｍｉｎ８（ＴＣ压缩空气加热温度工作范围：料液最大流量：７００ｋｇ／ｈ料液加热涅度工作范围：７（ｆＣ滚筒直径：Ｕｍ滚筒长度．８ｍ：２４．３实验台的组成１、雾化室４。滚筒采用螺巧调节滚筒锥角，并在出料端开个十字槽，使喷嘴位置可调３０４为方便对雾场的观測，筒体采用有机玻璃材料，罩壳采用不诱钢。根据烟叶？流量及物流停留时间，滚筒设计直径为１．１ｍ，长度为２．８ｍ。６２ 第四章实验研究图４．２滚筒示意图Ｆ．４．２Ｄａｍｏｆｒｏｅｒｉｇｉａｇｒｌｌ２、加料系统加料系统主要由储存罐（加热保温型）、计算机、管路系统、料累、流量计、温度计、压力表等姐成。储呑罐用于料液储存、加热和输送。各流量、压力、温度测控元件及执行元件由管路系统连接，系统可实现配料、清洗和料液计量、精确输送及管路清洗等功能。控制系统主要由电控箱，数据采集卡，计算机等组成，实现料液流量的精确控制。其示意图如４．３所示。—１Ｉｒｆ，？５？？可＼Ｉ；ｊ｜图４．３加料系统示意图Ｆｕｍｉｇ．４．３Ｐａｒｔｓｏｆｌｉｑｉｄｓｙｓｔｅ３、雾化供给系统系统配制标准为一一一干燥机一一：空压机储气罐Ｃ级过滤器过滤器压缩空６３ 昆明理工大学硕±学位论文气流量计一流量自动调节阀一调压阀一空气加热器一喷嘴。空压机按照静音、无油一、无水、可靠稳定等起设计选型、，将空压机空气净化处理、计量和自动调节、加热及温度控制等集成到压缩空气平台上。其示意图如４．４所示。ｆＡ阔扇图４．４雲化供给系统示意图Ｆ．ｉ４．４Ｐａｒｔｓｏｆａｒｓｓｔｅｍｇｉｙ４、测量系统１）分体式激光喷雾粒径分析仪ＬＳ系列分体式激光雾化液滴粒度分析仪是上海理王大学多年来在颗粒测量技术研究及激光颗粒仪研制的基础上研制的一种新型激光雾化液滴粒度分析仪。它是基于激光颗粒前向散射原理一。当束激光束照射到被测液滴时，受液滴的散射作用，激光会向四面八方散射，其中大部分散射光能量处于前向方向。散射光能的分布与被测液滴的大小有关，采用专ｎ设计的扇形多元光电探测器测出前向散射光能的分布，根据光散射理论及反演算法对测得的散射光能分布数据进行处理，就可得到被测液滴的粒度分布，其设备参数及特点如下表所示。４－表．１ＬＳ２０００激光粒度分析仪－Ｔａｂ．１Ｌ２０００．４Ｓｌａｓｅｒａｒｔｉｃｌｅｓｃａｎｎｉｎａｎａｒｌｙｚｅｐｇ型号ＬＳ－２０００分体激光粒度分析仪功能各种场合雾化液滴粒度分布的测量测量原理激化激光前向散射原理分析计算模型独特的反演算法，保证颗粒测量的精确实时采样频率１０２４Ｈｚ适应折光率Ｗ２０％左右为最佳６４ 第四章实验研巧＜精度５％重现性＜５％，让光束标定方法用标准颗粒标定，把标准颗粒溶在透明的样品池里，做成水溶液，来标定仪器透过样品池测量其中的标准颗粒。发射器独特的半导体制冷恒溫控制绿光固体激光器做光源，波长短，体积小，工作稳定，寿命长。设备设计方式分体式，发射器和接收器分离，是两个独立的实体ＳＢＵＢ连接方式Ｕ数据采集接曰，仪器与计算机分离，可配任意具有Ｓ接口之计算机：ＰＣ台式，笔记本，移动均可ａｃｃｅｓｓｘｃｅ，ｔｘ输出文件采用，ｅｌｔ等多种格式输出外观仪器造型美观，体积小，重量轻？价格６７万元人民巧（不包括电瞄）２）闪光摄影拍摄系统由于本实验喷嘴是连续喷射式的，为了测量喷雾锥角，故采用高分辨率数码单反照相机较好。成像系统为日本尼康数码单反照相机（如图所示），８００万像素，＂＂照相机镜头原配标准镜头。照相机设置为运动模式，即照片不是瞬时定格的，而是动态的，这种照片经过Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ灰度拉伸，能够产生边缘非常清晰的喷雾锥角图像，可直接读取喷雾锥角。！鐵麵’图４．５数码单反相机Ｆｉ４．５ＤｉｉｔａｌＳＬＲｃａｍｅｒａｇ．ｇ６５ 昆明理工大学硕±学位论文４．４实验平台控制元件选型１．计算机的选型在本测控系统中，由传感器采集的信号需要在计算机上进行分析和处理，所＾＾十，［算机性能的优劣在测控系统中起到了至关重要的作用其要求具有较高的数。据处理能力，良好的抗干扰能力和稳定性考虑到测控系统所要完成的测控功能相对简单，实验地点在学校实验室，电网比较稳定，电压波动较小，工作温度适宜，环境干净没有灰尘，振动源少，本实验选用了普通的高性能台式汁算机。２．传感器的选型一传感器是种检测装置一，能够检测被测量的信息，并能将信息按定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，满足信息的传输、处理、存储、显示一、记录和控制等要求。般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和其他辅助一个环节元件组成。它是采集系统的重要元件，是采集系统的第，它们性能的好坏直接决定着采集数据的准确性一，但在传感器的选择上，也不要味的追求高性能，在满足实验所需测量精度的情况下，还要考虑性价比、质量等因素。本实验台可Ｗ对粟、阀的性能进行测试，系统中所需要的传感器有压力、流量、为矩转速传感器，根据实验台所需的测量精度，在比对多家传感器后，最终确定的传感器如下所示：压为传感器是将皮力转换为电信号输出的传感器一般由弹性敏，压力传感器感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压一定关系的电信号一力成。有时把径两种元件的功能集于体。应变片压力传感器中的压阻式压力传感器，其动态性能良好，零点误差小，灵敏度高，重复精度高，（＾及具有较低的价格和较好的线性特性而被广泛采用。在本实验中需要对先导式比例溢流阀的动态特性进行测试，所需传感器要有较高的动态响应能力且实验介质为水，本系统选用中国航天空气动力技术研究院生产￣的ＡＫ４Ｃ压力传感器。ＡＫ４Ｃ压、、力传感器是组合式结构，内置放大器，结构衔单紧凑外形尺寸小，具有零点调整、灵敏度调整等功能。该传感器测量精度高，性能稳定可靠，，安装使用方便量程范围广，该传感器独特之处在于具有不诱钢外壳和０型密封。圈，隔潮防腐具体参数如表４．２所示。ＡＫ４Ｃ压力传感器实物图如图４．６所示。６６ 第四章实验研究；４－表．２ＡＫ４Ｃ圧力传感器主要技术参数Ｔａ－ｂ．４．５ＰａｒａｍｅｔｅｒｏｆＡＫ４Ｃｓｅｎｓｏｒ材质不绣钢压力范围（ＭＯＭＰａ测量精度±０．５％ＦＳ供电电圧２４ＶＤＣ４￣输出信号２０ｍＡ传输方式ｍｍ讓寄巧濯溺；思愛翼霉墓蔽施識：議结苗塞謙ｉｓ胃胃‘参＞秦浸．Ｉ‘．Ｉ：地点、也巧広４－图．６ＡＫ４Ｃ压力传感器Ｆ－．４．ＡＫ４ｒｅｓｕｒｅｓｅｎｉｇ６Ｃｓｓｏｒｐ皆２）流量传感器的选型流量传感器是能感受流体流量并转换成可用输出信号的传感器。祸轮流量计Ｗ其精度高。、重复性好、抗干扰能力好、测量范围广等优良特性而被广泛使用本实验采用的满轮流量计由天津流量仪表有限公司生产的ＬＷＧＢ－２０锅轮变送器和ＸＳＲ２０ＦＣ智能流量显示积算仪两部分组成。变送器所需激励电压为２４ＶＤＣ，，智能流量显示积算仪需要２２０Ｖ标准电压输出脉冲信号，接收变送器输入的脉？，２０ｍＡＶＤＣ。冲信号经转换输出４的标准信号，同时给变送器提供２４激励电压ＬＷＧＢ－２０海轮变送器，法吉连接，与显示仪表的传输距离，安装方便可靠可达５００ｍ。ＸＳＲ２０ＦＣ智能流量显示积算仪具有液晶显示器，操作方便，外形美、，观，可对质量流量标准体积流量自动进行计算和累积可同时显示瞬时流量测量值及流量累积值（累积值单位可任意设定）。具体参数如表４．３、４．４所示。ＬＷＧＢ－２０变送器、ＸＳＲ２０ＦＣ智能流量显示积算仪如图４．７所示。６７ 昆明理工大学硕壬学位论文４３Ｂ－２０表ＬＷＧ流量变送器主要技术参数Ｔａ－ｂ．４．３ＰａｒａｍｅｔｅｒＬＷＧＢｒａｎｓｍｅｒｏｆ２０ｆｌｏｗｔｉｔｔ性能指标性能参数材质不诱钢最离承受压力６．３Ｍ化３測量范围０８？８ｍ／ｈ．測量介质局水基測量精度±０．５％巧供电电压２４ＶＤＣ输出信号脉冲信号传输方式两线击ｉｊ表４．４ＸＳＲ２０ＦＣ智能流量显示积算仪主要技术参数ａｂ－ｍｅＴ．４．４ＰａｒａｍｅｔｅｒｏｆＸＲ２ｅｅｎｏｗｏｎｅｒｉｎｅｒＳ０ＦＣｉｎｔｌｌｉｇｔｆｌｔｌｄｉｔａｔｇｔｇ性能指标■性能参数输入信号咏冲信号输出信号４？２０ｍＡ供电电应２２０Ｖ掠准电压输出电压２４ＶＤＣ（给变送器供电）ｍｍｍＭ＜＇－：：－：￣：＞，巧巧底４－．７Ｌ２０图ＷＧＢ流量变送器、ＸＳＲ２０ＦＣ智能流量显示积算仪４Ｂ－２０ｗ－ｍｒＸＳＲ２０Ｆｏｗｎｅｒａｎｒ巧昏．７ＬＷＧｆｌｏｔａｎｓｍｉｔｅｒＣｉｎｔｅｌｌｉｅｎｆｌ化Ｉｄｉｔｔｉｅｔｅｇｔｇｇ６８ 第四章实验研究但是由于条件限制，实验平台还未搭建完成。所Ｗ本文就喷雾雾化过程进行了生产试验研巧，４．５效用研究根据卷烟工艺，烟叶加料工序是为了改善烟叶物理性能、提升烟叶等级而向松散回潮后的烟叶施加具有调味、增香、保润、防霉功能的料液，均匀的加料能。使烟叶质量得到稳定的提高，因此加料均匀性就显得非常重要根据均匀设计试验方法，结合第二章和第Ｈ章的理论研巧，本章节Ｗ加料喷嘴的不同入射空气压、为为研巧对象，选取优质烟叶原料开展加压缩空气压力对加料均匀性有效利用ＰＷＳ１率等影响研充，为机理研究提供实验支撑。４．５．１实验方案设计１、试验材料供试样品取自某卷烟厂某制丝车间加料工序。每批样品的取样条件；设备运行平稳后，从加料滚筒出口处连续随机抽取３０个样品，每个样品取样１００ｇ左右。试剂：甲醇；色谱纯；１２巧二醇：标准物质，纯脸９９％。，＇仪器－６〇公：电子天平（感量：０．１ｍ］＼４６？：１６１了〇１（１）振荡器（金坛ｇ，瑞±司；市金南仪器广－）２５０ｍＬ质谱联用仪（安捷伦，型号；具塞磨口锥形瓶；气相色谱７８９０／５９７５Ｃ）它相关仪器与材料（移液管，玻璃棒，玻璃滴管，进样器，有机；其系滤膜，医用注射器）。２、试验方法一０＋加料强度试验在次加料工序进行．５％３．０％，加料比例为功能料品牌料。根据文献调研及现场质控经验、工艺流，选取加料工序热风温度、补偿蒸汽流量量、压缩空气温度等关键参数并进行梯度设置；处理后烟叶按批次分别装箱，标识清楚后放置在现场储存－二，储存时间为６２４ｈ；次加料工序加料比例固定为’°－１．８％ＣＣ。，加料过程不加热风，出斜温度控制在５０５５研究表明，工艺流量、含水率、温度、设备工艺参数是影响梗叶分离的主要因素，同时也是影响片烟结构的主要参数。复烤过程中，片烟收缩率与复烤温度呈正相关，温度越商收缩率越大；而蒸汽用量减少、增加高压系加水量可减少皱缩率，同时増加叶片回潮的伸展性能。根据现场经验及参考相关文献，对选定参数分别设定高、中、低兰类强度等级，并按照均匀试验进行试验设计。试验强度３９－５１［］及均匀设计见表４．５。６９ 昆明理工大学硕±学位论文表４．５实验方案Ｔａｂ．４．５ＴｈｅＥｘｅｒｉｍｅｎｔａｌＰｌａｎｐ试热风温度压缩空气温度喷嘴压缩空气压力排潮风口开度工艺流量验ｒｃ化／ｂａｒ／％／ｋｇ／ｈ＃５０６０３４０５００１．５２＃５０６０３．０４０５００３＃５０６０２．５４０５００４＃５０说２．０４０５００４．５．２检测方法１、加料效果检测方法采用加料后烟叶中１２丙二醇含量的均匀性来表征加斜均匀性。其中１２丙二，，醇含量参照行业标准ＹＣ／Ｔ２４３－２００８化２－丙二醇丙Ｈ醇的测定气相色谱法》进３５３－２０行测定，加料均匀性采用行业标准ＹＣ／Ｔ１０《卷烟加料均匀性的测定》进行评价。加料均匀性系数ＣＵ％计算公式为：ＣＵ％＝－Ｗ０ＲＳＤ％ｃｎ＝－ｘ－１００ｌｏｏ４等（Ｕ２乏化－巧Ａ＝——Ｊ—ｘ１００ｌＯＯ乂式中，ＣＵ为加料均匀系数，ＲＳＤ为相对标准偏差，ＳＤ为标准偏差，克为某指标算术平均数，Ｘ，为某指标数值，ｎ为某指标数值个数。２、料液利用率检测方法Ｗ２－二１丙醇作为标记物的检测方法表征试验烟叶中料液含量，片烟料液利，￣２）用率表达式见式（４：屯〇＝／〇－ｘｗｘｌ００４２０（）取１－二醇ｍ－其中，为单拉质量的烟叶２两含量，单位ｇ／料液中１：２；，ｇ乐为品牌丙二醇的重量占比，单位ｍｇ／ｇ；Ｗ为设汁的品牌加料比例，％。７０ 第四章实验研巧４．５．３烟叶样品１去巧二醇的测定针对本文研究内容，取Ｋ２、３、４组加工得到的１２０个样品按照行业标准对样品进行处理－，样品中１２丙二醇含量的数据见表４．６。，－表４．６烟叶样品中２丙二醇的含量１，Ｔｈｅ－ａｂ．４．６Ｔｃｏｎｔｅｎｔｆ２ＰｌＧｌｌＩｔｈｔｏ１，ｒｏｐｙｅｎｅｙｃｏｎｅｏｂａｃｃｏ１＃２＃３＃４＃－１２－二醇１－，丙二醇１２２丙二醇１方丙二醇，丙，（ｒａｇ／ｇ）（ｍｇ／ｇ）（ｍｇ／ｇ）（ｍｇ／ｇ）３．０１３．６６３．０７２．７３３０３３０４３５６２９．．．．３．０３３１８３．７１２．８７．３．０１３．２３．１８２．７７３．１２３．３３３．５２２．５５＾３０９３２９．１３．０９３．．１３．１１３．０９３．２３２．９９３．１７３３５３１６２９６．．．３．０１３０１３．５３２．仿．３．４２３．１７３．１２２．６８３．１６３．１４３．７２２．６５３．００３．０６３．３９２．３８３１８３３３６２５１．．１１．．３．０６３３３．巧２．９８．１３．１９３．０９３．７３２．９１３．１８３．１６３．２７２．６６３．６５３．０９３．０２２．３５３．０５３０４３．０３２．７１．３．．０３３．００３．８８２２３３．０４３．１７３．２８２．４７３．０１３．０６３．２４２．４５３．４８３．０１３．４３２．６８３．０９３．１７３．４９２．５５７１ 昆明理工大学硕±学位论文３．．０４３．２６３．３２８９３．２．９６．２２３．３３１３４８３４３．０５２６．．５．３１９３１４３１６２．５５．．．３．．１３３３．１９２９０３．．０３３．６８３．５８２０２３．０２３．１２３．１８２．６５４．５．４结果分析不同试验纪合的加料均匀性系数及料液有效利用率结果见表４．７。表４７烟叶祥品中－１２巧二醇的好祈结果，４－Ｔａｂ．．７Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒ１２ＰｒｏｌｅｎｅＧｌｃｏｌｈｉｔｏｂａｃｃｏ，ｐｙｙ１＃２＃３＃４＃－１２二醇的平均值，丙２．１４３．１８３Ｊ６２．６７ｍ／（ｇｇ）禄准偏差１６．５１１７．２５２５．７８２３．９２ＲＳＤ％５．９６．２６５．４３７．６６８ＣＵ％９４．７３９４．５７９２．３４９１．０４．３６料液利用率％巧．２１６０．１６３．４８５０整理数据后，其柱状图如４．８所示。７２ 第四章实验研究——１００，＿＿＿９０—９４＾＾９２．Ｍ－－－．９１８０．０４７０—＾６主４８６０５９．１．２１…Ｍ—Ｅ——…一一——…卵Ｔ报＃ｆ圆誦——ＪｍＩｉｉ觀糊率％４０—讓圍ｇｊ——————…３０讀ｍ韻＂貪＇＂〔ｕ％ｍｉｍｉ———２０—嚷ｗＢ！１２３４姐号４果图．８试验结Ｆｉ．４．８ＴｈｅＥｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｇｐ试验１＃、２＃、３＃、４＃在热风温度、压缩空气温度、排潮风口开度、工艺流量５００ｋｇ／ｈ不变的工况下，分别对喷嘴引入３．化ａｒ、３．０ｂａｒ、２．５ｂａｒ、２．０ｂａｒ压缩空气，１研究不同工作压力下对加料效果的影响，其中加料比为．８％。．８可化试验亂２＃＃、４肖９４．７３％、９４．５７％、由图４、３的加料巧匀性系数分别为９２．３４％、９１．０４％，随喷嘴入射气压的减小递减，加料均匀性越差。由理论研究可知，，入射气压越高在喷嘴出口处气流速度越快，气流和液滴的相互作用越剧烈，雾化效果随之变好，有利于烟叶对料液的吸收从而提高了加料的均匀性。但是４组试验的料液巧用率并未呈现递减趋势３＃．。，为６３４８％，其中试验料液利用率最高４＃试验料液利用率最低，为５０．３６％。这是由于过细的雾滴易被工艺风吹离烟叶散落的集中区域，从而导致料液利用率降低。而雾化强度不高虽不易受环境影响，，。但是液滴过粗不利于烟叶对料液的吸收，同样会导致料液利用率降低Ｗ上实验为生产试验，主要Ｗ加料均匀性和辑液利用率作为检测指标。但未对喷雾质量进行直接检测，为此本文设计了喷嘴雾化实验平台。４．６本章小结３．ｒ、本章依据均匀设计方法．５ｂａｒ、３０ｂａ，基于理论研究，在生产线上分别Ｗ２．５ｂａｒ、２．０ｂａｒ的喷嘴入射空气皮力对烟叶施化料撤并取样检测对试验进行结果分析，。结果表明，雾化质量越高加料越均匀但是受加工环境影响，料液利用率并不随雾化质量的提高而得到提升。在生产实践中需综合考虑，选则适合的加工强度。巧 昆明理工大学硕±学位论文此外，还根据机理研究，针对模拟内容设了喷嘴雾化实验台，初步设计了其原理图，并建立了Ｈ维模型图。７４ 第五章全文总结第五章结论与展望５．１结论本文对目前卷烟制丝加料工序的国内外研究现状进行了介绍，主要围绕烟叶加料雾化效果开展研究，研巧发现对于烟叶加料效果评价多依赖经验判断和工艺流量控制，送些方法不能完全客观的评价均匀性，难Ｗ反映真实的巧况，这种加一工方式严重阻碍了烟叶加料均匀性、准确性、烟叶品质的进步提高，制约了后－续工序直至卷烟成品的品质提升，提出随着精细烟草生产的不断发展，理论分析－数字仿真实验验证有机结合对烟草加料系统进行机理性的研究将成为必然。通过本文研巧得出如下成果：１、Ｗ外泡式空气雾化喷嘴为研巧对象，对其雾化的机理进行研巧。结合烟草加料生产工艺。，研究了关键工艺参数，即喷嘴入射空气压力对雾化效果的影响。研究发现，喷嘴入射压力越高，喷嘴雾化效果越好２、探究了入射空气压力与出口速度的模型，并结合ＣＦＤ软件进行了数值模拟。研巧表明，建立的数学模型适用于描述本文喷嘴的雾化过程。３、喷嘴内部流场的数值模拟研巧表明，在液相流量不变的情况下，随着压缩空气压力的増大，喷嘴出口压差增大，气液速度比増大。。４、通过试验研充，在料液流量、热风、排潮等关键工艺参数不变的情况下，随喷嘴的气相压力的増加，加料的均匀性越好，但是压为在３．５、ｌＯｂａｒ的情况下，料液利用率不高。这是由于压力高雾化形成的液滴越小，利于烟叶吸附料液，但是由于工艺热风的影响，易产生飘散。而ｌＯｂａｒ时，雾化形成的液滴过大，不利于烟叶吸附，从而导致利用率不高。５．２展望由于客观因素等的影响和限制一，本论文在完成的过程中存在着定的不足和值得继续深入研究的地方：一．１、本文通过对喷嘴内部流场进行兰维模拟，得到了些计算结果，虽然与生、产试验相结合，但仍需对喷雾锥角液滴粒卷及其分布进行实测，从而促进模型的完善与优化。２一、本文主要研究了二次雾化过程，但次雾化过程对雾化效果的影响不可忽７５ 昆明理工大学硕±学位论文略，需要对喷嘴内部结构进行研究。７６ 致谢致谢时光甚巧，逝者如斯。回想刚入学的情景还历历在目，转眼间Ｈ年的研究生生活己经进入尾声，学位论文的撰写也顺利完成，毕业在即。此时此刻，本人感慨万千，Ｈ年的研究生生活我付出很多也学到很多。导师袁锐波教授渊博的学识、博大的胸怀、严谨的治学态度Ｗ及高调做事、低调做人的处事风格都深深的影响了我，让我受益匪浅。在本次学位论文的撰写过程中，袁老师循循善诱，不耐其烦的对我进行指导帮助我克服了很多困难直至顺利截稿。在生活上袁老师对我们关杯有佳，嘘寒问暖，给予我们慈父般的温暖。在科研上，袁老师不仅在理论知识方面为我们指点迷津，还在社会实践方面给我们提供了很多锻炼的机会，让我们巩固了知识也积一累了实践经验一。日为师终身为父，袁老师的教诲和恩情我会辈子铭记于也，在此向袁老师致Ｗ最崇高的敬意从及最衷也、的感谢。在论文的撰写过程中还得到了云南中烟工业有限公司的何帮华高工、刘泽高工、唐军博±、周冰商工＾Ｊｌ及袁子荣教授、罗環副教授、蒋红海博±、何祖顺老ｔ师、钱俊兵博±等人的帮助和指导。本人对他们表示最真挈的感谢。感谢在论文一创作中和我起讨论问题，支持和鼓励我的师兄刘森、李荣、曾浩、张利、易鹏、彭志飞、林异捷、衡杨等、慧；感谢同窗丘世因森、吴龙坚、吕良、张慧颖等人在生活上给予我的帮助，陪我度过了美好的研巧生生活。同时也要感谢母校昆明理工大学给予我良好的学习平台！Ｈ年研巧生生活经历是我人生中最宝贵的財富一之！，我将受益终生在读研期间，还要感谢我的父母，感谢他们二十几年来含辛茹苦的将我抚养成人，感谢他们的无私奉献。感谢所有帮助过我的朋友，他们是我坚强的后盾，避风的港湾，是他们在我沮丧和无助的时候给Ｗ我安慰和支持，帮助我度过难关。一正因为有了他们的关也和帮助的我！。再次巧他们身体健康，生平安，才有今天在未来的岁月里一，我定会加倍努力工作，Ｗ丰硕的成果来回报祖国、回报社会、回报帮助过我的人。杨欢２０１５年４月于昆工７７ 琵明理工大学硕±学位论文７８ 参考文献参考文献叫陈良元烟草生产工艺技术傑１版）．郑州调南科学技术出版社訓０２［巧李跃锋，赖成连，李晓刚．卷烟加工加料加香系统改进装置．中国，２００４２００５３６６７Ｘ，２００４．０９．１０３杨玉波程志远．制丝线加香加料系统的改进．２００８年［］，中国烟草学会工业专业委员会烟草工艺学术研讨会论文集，延吉２００８，［４］张大波，王兵，孔臻等．不同引射介质叶片加料效果的比较．烟草科２００９３－口技：１０，（）５杰罗登炎等．．［］刘栋，李华，滚筒加工设备烟丝停留时间分布的测定方法烟草科２０－技１１５：５１０，（）２００７－１：３１４向岳先领方中金何佳满．片烟加料筛网的改涨烟草科技，（）１７廖和滨陈庆平．．［］，，张志阳等润叶加料喷嘴固定支架装置的改进烟草科技２０－１３５：２２２４，（）［８张志明．增设组合式蒸汽喷嘴、改进ＫＡＳ加料机功效．２００４年烟草机械学术研］讨会论文集，常德，２００４［９］孙东亮．双管路、双喷嘴加料加香滚筒的工艺设化２００５年烟草机械学术研讨会征集论文汇编，秦皇岛，２００５－１０李跃锋李华杰．加料加香系统管路的改进．烟草科技０８６：Ｕ２［］，姜焕元等，２０（）１，１１刘勇吴文强．．烟［］，，喻光荣等滚简设备物料温度自动控制系统的改进草科－技：２５２７，２０１３（１２）－［１巧李董．卷烟厂绿色工房项目中的建筑环境模拟．暖通空调，２００９（５）：２７２８－１３陈惠斌．武汉卷烟厂联合工房节能方案８：６］．建设科技２０１０）６０１［，（１４耿凡竹林王宏生．流化床中烟丝颗粒的流动特性．２００９５：［］，袁，东南大学学报，（）１０－１１１２０４［１５］江威，黎汝锦，官魏东等．滚筒干燥和气流干燥的过程的数值模拟研究．干燥技术与设备２０１－１１９：３５３２０，，（句＂巧Ｓ．Ｍ．Ｊｅｎｇ，Ｍ．Ａ．Ｊｏｇ．ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＬｉｑｕｉｄＳｈｅｅｔＥｍａｎａ－ｔｉｎｆｒｏｍＳｉｍｌｅｘＦｕｅｌＮｏｚｚｌｅ．ＡＩＡＡ１９９８３６２：９７０７９６ｇｐ，，（）７ＢｅｎｅｄｅｔｔｏＢｏｚｚ－口ｉｎｉｂｅｔａｌ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｅｒｏｓｉｏｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｍｕｌｔｉｈａｓｅｆｌｏｗｖｉａ］，ｐＣＦＤ－ａｎｄｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｓｉｓ．Ｗｅａｒ２００３２５５：２３７２４５ｐｙ，，巧 昆明理工大学硕壬学位论文［１８］王振国吴晋湘，焉小清等．气液同轴离也式喷嘴喷雾流场数值模拟．推进技术，，－１９９６１７：４３４９（）［１糾王栋梁．某烟草加香加料机的设计与仿真研究硕±学位论文］．南京；南京理［工大学，２０１１２０周巧，杨湘杰，部巧，等．卷烟厂气力输送的有限元分析的．机床与液压，［］２００７１）１－，（：２３１２８２磊．［Ｕ吴，胡天群，化国锋，等．烟丝气为输送特性试验与伤真［Ｊ］水动力学研２０－１１（１１）：１８究与进展，，２１２２．Ｊ．２００９（１）：［磊，胡天群，康巧，等，，］吴烟丝气力输送风桐试验［］烟草科技－１８２１２３于国锋，冯，崔淑强等．ＣＦＤ在烟草工程研究中的应用与展望阴．烟草科［］媛技２０１３０９，，（）２４ＣｈｒｉｓｔａｎｔｉＹ．ＷａｌｋｅｒＬｎｎＭ．ｕａｎｔｉｆｉｎａｉｒａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｆｌｕｉｄｓ［］，ｙＱｙｇｍ－ｔｈｒｏｕｈｆｌｕｉｄｒｅｌａｘａｔｉｏｎｔｉｍｅｓ．Ａｔｏｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｐｒａｙｓ２００６１６７：７７７７９０ｇ，，（）－２５ＬｉＬａｒｒＫ．Ｂｅａｌ．ｅｒｉｍｅｎｓｏｎａｉｒｂｌａｓａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｌｉｕｉｄ［］．，ｔＥｘｔｔｓ，ｙｐｑ，Ｐａｒｔ－１：Ｑｕｉｅｓｃｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｒａｓ２００９１９：１５７１９０ｐｙ，，巧６ＣｈＮａ－口］ｅｒｎｏｖ乂ｔａｎＳ．Ｅｆｅｃｔｏｆｅｒｉｏｄｉｃ化ｓｔｕｒｂａｎｃｅｓｏｎｎｏｎＮｅｗｔｏｎｉａｎｆｌｕｉｄｐｓｒａｒａｓ２００８－ｓ．ＡｔｏｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳ１８：７２３７３８ｐｙｐｙ，，７Ｌｏｅｚ－Ｒ－口ｉｖｅｒａＣ．ＳｅｃｏｎｄａｒｂｒｅａｋｕｏｆｉｎｅｌａｓｔｉｃｎｏｎＮｅｗｔｏｎｉａｎｌｉｕｉｄｄｒｏｓＰｈＤ］ｐｙｐｑｐ［Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．ＷｅｓｔＬａｆａｅｔｔｅＰｕｒｄｕｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔ２０１０］ｙ，ｙ，ｅｒＳａｒａｏｍｚａｏｎｏｆｅａｓ－口巧ＳｎｙｄＳｏｋａＰＥ．Ｓ说ｏｎｄｔｉｔｉｌｔｉｃｎｏｎＮｅｗｔｏｎｉａｎｄｒｏｓ．，ｊｙｐＥｕｒｏｅａｎｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎｕｏｍｚａｒａｓｔｅｍｓ－ｒｏｅｐＣＬｉｑｉｄＡｔｉｔｉｏｎａｎｄＳｐｙＳＩＬＡＳＳＥｕ２０＂ｙ（ｐ），Ｐｏｒｔｕｇａｌ，２０１１［２句粪欣方赂峰，李伟锋等．气流式雾化过程的有限随机分裂模型．化工学报２００５，５６５－：７８６７９０（）口０ＬｉｕＨＦＧｏｎｉＷＦＷａｎＦＣ饥ＺＨ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｄｒｏｌｅｔｓｉｚｅ］，ｇ式Ｌ，ｇ，ｐ－ｉｕｉｏｎｉｎｈｅｍｃｉ：ｄｓｔｒｉｂｔｓｒａｙｓｏｆｒｅｆｉｌｍｉｎａｉｒｂｌａｓｔａｔｏｍｉｚｅｒｓ．Ｃ．Ｅｎ．Ｓ２００６６１ｐｐｇｇ，，涅－１７４７３１汪智新．双通道气流式雾化喷嘴数值模拟计算与优化硕±学位论文］．哈尔［］［滨：哈尔滨工业大学，２０１３３－．ＮｕｋｉａｍａＴａｎａｓａｗａ型雾化液滴尺寸分布函数的引申化中国公路［巧曹建明ｙ８０ 参考文献－学报１９９９２）：１０７ｎｉ，，〇３３惠云．．［］廖，甘学文，陈晶波等卷烟加料工序中香味成分变化的应用研究中国，２００５学术研２００５烟草学会工业委员会讨会论文集，南京，一［３４］王志宇，刘相君，周飞，等．用参数统计值评价加料过程均匀性的方法．中国烟草学会工业委员会２００９学术研讨会论文集，上海，２００９３５２００３４－李向东．制丝工艺加料均匀性分祈．烟草科学研究：３８４０［］，，（）３－固两相流场数值模捣±学位论巧．管道式烘丝化气．西安巧北工［巧张俊荣顿业大学２００５，－：３７庄江婷刘东下燕．烟草烘箱内部气流组织的优化．能源技术２００８１４７［］，，，，（）３．．［巧刘德强，贾洋，汪乐军等烟丝结构对烟支卷制质量的影响安徽农业科０３８３－学立０１；１８５８９１８５９０，（巧口９］１．Ｌ．ＭｃＣｌｅｌｌａｎｄａｎｄＤ．巨．ＲｕｍｅｌｈａｒｔＥｘｐｌｏｒａｔｉｏ打ＳｉｎｐａｒａｌｌｅｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＡＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＭｏｄｅｌｓ，Ｐｒｏｇｒａｍｓ，ａｎｄＥｘｅｒｃｉｓｅｓ（Ｆｉｒｓｔｅｄｉｔｉｏｎ）．ＭＩＴＰｒｅ化，Ｃａｍｂｒｉｄｅ１９８６ｇ，４０ＺＨＡＮＧＹａｎｄＷＡＮＧＪａｎｄＸＩＡＹ，Ａｄｕａｌｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｆｏｒｒｅｄｕｎｄａｎｃ［］ｙｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌｌｉｒｅｄｕｎｄａｎｔｍａｎｉｕｌａｔｏｒｓｓｕｂｅｃｔｔｏｏｉｎｔｌｉｍｉｔｓａｎｄｏｉｎｔｙｐｊｊｊｖｅｏｃｍ－ｌｉｔｙｌｉｉｔｓＪＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ２００３１４３：６５８６６７，，（）［４１］Ｓ．Ａ．ＢｉｌｌｉｎｇｓａｎｄＷＥＩＨ，Ａｎｅｗｃｌａｓｓｏｆｗａｖｅｌｅｔｎｅｔｗｏｒｋｓｆｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍｗｏ－ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＪＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＮｅｕｒａｌＮｅｔｒｋｓ２００５，１６４：８６２８＾，（）［４巧ＧＵＤａｎｄＨＵＨ．Ｗａｖｅｌｅｔｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｂａｓｅｄｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｓ．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｙｓｔｅｍｓＪＶＩａｎ，ａｎｄＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ巧ＭＣ２０００）＾ａｓｈｖｉｌｌｅ５２０００４３Ｗ．义ＭｃＣｕｌｌｏｃｈａｎｄＷ．Ａ．Ｐｉｔｓ．ＡｌｏｉｃａｌＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＩｄｅａｓＩｍｍａｎｅｎｔｉｎ［］ｇｅ－Ｎｒｖｏｕｓ．．：ＡｃｔｉｖｉＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＢｉｏｈｓｉｃｓ１９４３５１１５１３３巧ｐｙ，４４Ｄ．Ｏ．Ｈｅｂｂ．ＴｈｅＯｒａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆＢｅｈａｖｉｏｒＦｉｒｓｔｅｄｉｔｉｏｎ．ＮｅｗＹｏｒｋｒＪｏｈｎ［］ｇ（）Ｗｉｌｅ１９４９ｙ，［４５］Ｆ．ＲｏｓｅｎｂｌａｔｔＴｈｅＰｅｒｃｅｐｔｒｏｎ；泣ＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｅｄＭｏｄｅｌｆｏｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｔｏｒａｇｅａｎｄ－ＯｒａｎｉｚａｔｉｏｎｉｎＴＬＢｒａｉｎ．ＰｃｈｏｌｏｉｃａｉＲｅｖｉｅｗ１９８５６５：３８６４０８ｇｉｓｙｇ，，４Ｂ．ＷｉｄｒｏｗａｎｄＭ．ＨｏｆｆｌＡｄａｔｉｖｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔＳＩＲＥＷＥＳＣＯＮＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎ［句ｐｊ－ＲｒｄＰａｒＭａｎ－ｅｃｏｔ４ＣｏｍｕｔｅｒｓＭａｃｈｉｎｅＳｓｔｅｍｓ：９６１０４１９６０，，ｐ，ｙ，４７Ｍ．ＭｉｎｓｋａｎｄＳ．ＰａｅｒＬＰｅｒｃｅｔｒｏｎＦｉｒｓｔｅｄｉｔｉｏｎ卫ｏｓｔｏｎ飾ＴＰ化ｓｓ１９６９［］ｙ（），ｐｐ４ｕｍｅｌｈａｒｔＤ．Ｅ．，ＨｉｎｔｏｎＱＥ．ＷｉＵｉａｍｓＲ．Ｊ．ＬｅａｒｎｉｎＩｎｔｅｒｎａｌＲｅｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ［巧Ｒ，ｇｐ８１ 昆明理工大学硕壬学位论文ｂｙＥｒｒｏｒＰｒｏａａｔｉｏｎＲｕｍｅｌｈａｒｔＤ．ａｎｄＭｃＣｌｅｌｌａｎｄＪ．ｅｄｉｔｏｒｓＰａｒａｌｌｅｌＤａｔａＰｒｏｃｅｓｓｉｎｐｇ，Ｊｇ，Ｖｏｌ．１，Ｃｈａｔｅｒ８Ｆｉｒｓｔｅｄｉｔｉｏｎ，ＣａｍｂｒｉｄｅｖｌＩＴＰｒｅｓｓ１９８９ｐ（）ｇＪ，［４糾中国卷烟科技发展纲要？ｈｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｂａｃｃｏｉｎｆｏ．ｃｏｍ．ｃ打．２０１５．１５０任露泉？试验设计及其优化（第１版）？北京：科学出版版社２００９－［］，５马成良，张海军，李素平．现代试验设计优化方法及应用（第１版）．郑州；郑州大［Ｕ学出版化，２００７８２ 附录Ａ攻读硕±期间科研成果附录Ａ攻读硕±期间科研成果ｅｓｔａｔｉｃａｎａｓｓｏｆｉｌｏｅｚｅｒｏａｄ－ｓａｅｅｒｒｏｒｏｆＴｈｗａｈｄｒａｕｌｉｃｒｒｅ［。ｌｙｉｐｔｔｙｐｓｔｅｙｔｔｔｅｒｅ泌ｕｙｐＫｃｉｕｃｉｎｇｖａｌｖｅ．ＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１３（Ｅｌ沿０１３４６１６９８７１２１）８３
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