喷雾干燥中喷雾性能参数的理论分析与公式推导.pdf

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1、第23卷第4期硬质合金2006年12月Vol.23No.4CEMENTEDCARBIDEDec.2006"!!!!"!!"设!备研!究!!"喷雾干燥中喷雾性能参数的理论分析与公式推导母福生黄安涛（中南大学机电工程学院湖南长沙410083）摘要本文从理论上推导喷雾干燥技术中雾化器流量、雾化角各自的关系公式，基于空气动力干扰学说推导出雾化后液滴平均直径的理论公式。找出它们内在联系，通过相关实验数据验证，其关系基本上符合实际生产要求。关键词喷雾干燥雾化器流量雾化角液滴平均直径1引言2压力式雾化器性能和雾化

2、质量几个重要参数的公式推导和分析喷雾干燥技术到现在已有一百多年的历史了，早在1865年，就有人将喷雾技术应用于蛋液的处理2.1雾化器的流量及流量系数上。多年以来，喷雾干燥的应用已十分普遍，在食品、所喷液体按理想流体考虑，则液体在旋流室中化学药品、医药品、洗涤剂、化肥、合成树脂、陶瓷、染的流动遵守动量守恒。其动量守恒方程式：料、农药等方面得到广泛应用。关于喷雾干燥的基本Uin·R=UT·r=常数技术，主要包括下面几个方面：雾化器性能的研究；R—旋转室半径，m在干燥器内气流与微粒的运动及相对运动；雾滴的

3、UT—任意一点液体的切线速度，m/s；干燥速率以及产品的形状。r—任意一点液体的旋转半径，m；对雾化器的研究是围绕三种基本形式的雾化器Uin—切线入口速度，m/s展开的，气流式、离心式和压力式。喷雾干燥装置按随着r愈靠近轴心处，UT愈来愈大，在喷孔的中雾化方式相应地分为气流式喷雾干燥机、离心式喷央形成一半径为rc的空气芯，如图1所示。根据流雾干燥机和压力式喷雾干燥机，其中压力式喷雾干体的能量方程式(即伯努利方程)：燥机适合顺流、逆流和混流型三种干燥方式。因其雾21PUT(Uy)2H=++化结构适用易

4、调，改变喷嘴的内部结构就容易得到ρl2g2g所需要的喷距和雾滴尺寸，因其脱水量可从1公斤/其中：小时·台到几吨/小时·台，甚至可达十几吨/小时·台H—液体总压头，m；的蒸发量，其设备的可调节性能较优越，所以应用面P—液体静压强，Pa；较广。ρ—液体的密度，kg/m3；l现在，喷雾干燥在硬质合金制造中得到了迅速Ul—液体喷嘴出口处轴向速度，m/s；y推广，但从理论上研究雾化参数与粒径及其组成的g—重力加速度，m/s2；关系报导较少。本文以压力式喷雾干燥器为例，对其U0—液膜的平均液流速度，m/s；雾化

5、器性能的几个重要参数之间的关系进行分析，Ux,Uy—U0径向,轴向的分速度，m/s建立它们之间的数学关系。根据流体的连续性方程式：作者简介：母福生,男（1961-）,现在中南大学任教,研究生导师,副教授,中南大学机电工程学院在读博士。·228·硬质合金第223卷B——几何特征系数，它表示了喷嘴主要尺寸之间的关系。（1）式中只有流量系数和雾化器孔径是未知量，其余数据是已知量，但流量系数与设计参数A′之间有一定对应关系，以A'对K作图。见图2。A'=B(r0)1/2=(r0R)(r0)1/2（2）2R'

6、rinR'式中A′——设计参数；图1喷嘴内液体运动流动示意图R′——液体旋转半径，m，R′=R-rinQ=π(r2-r2)·Ul=π·r2·U2.2雾化角0cyinin其中：迄今关于射流雾化的研究仍然遵循实验研究的r0—喷孔半径，m；技术路线，即通过大量的喷射测试出各种喷射条件rc—空气芯半径，m；下的雾化特性参数值，对实验数据作回归分析或无r（inb/2）—液体入口半径（或宽度）量纲分析，得出经验公式。对于射流雾化的压力式喷在旋转液流中，静压强沿径向的变化率为：嘴也不例外。dPρU2即tgθ=Ux

7、=l·Tdrgr2UydPρU2·R21单喷嘴雾化角可由液滴的径向速度Ux，轴向速=l·in·2drgrr度Uy之比来确定。对于压力式喷嘴，其雾化角度θ边界条件：当r=rc时，P=0。可根据射流自由表面增长最快、最不稳定的扰动波当r=r0时（即喷嘴出口处），的径向和轴向传播速度来确定。2U2T=R·U2intgθ=4π（ρl）1/2f[ρl(Re)2]2r02AρgρgWe则：P=1·ρl·U2in·R（21-1）其中：222grcr0f—是Taylor不稳定波增长率函数；22则：H=1·1·ρlU

8、2inR（21-1）+1·Q·RRe—基于平均喷射速度和喷孔直径液体的雷2242ρl2grcr02gπ·rinr0诺数；22244+1·Q=Q[Rr0+r0]2gπ（r2-r2）22gπ2r4r4r2（r2-r2）2We—基于平均喷射速度和喷孔直径液体的韦0c0mc0c泊数。12即流量Q=244·!2gH·πr0采用旋流式压力喷嘴在空气中喷雾原料液，其Rr0+r0!42222rmrc（r0-rc）雾化角可即由半经验公式近似求得喷嘴的雾化角2设：a=1-rcB=Rr0A