基于SolidWorks的气泡雾化施药喷头3D设计与建模

    随着病虫草害防治技术的发展，我国农药使用正朝着更高农药利用率、更少环境污染方向发展，高效农药的出现对植保机械低量、高效施药提出了更高要求，高效低污染施药喷头的研制开发势在必行。气泡雾化施药喷头作为一种新型两相雾化喷头，可将大容量喷雾变为低容量高效喷雾，对提高农药利用率、减少因农药漂移引起的环境污染等问题具有重要意义。随着计算机技术的发展，CAD技术逐渐由二维绘图向三维设计过渡。三维设计具有无可比拟的优越性，是机械设计的发展方向。三维CAD系统采用三维模型进行产品设计，它不是单纯使用计算机绘图，还包括产品构思、功能设计、结构分析、加工制造等。三维实体建模软件是美国公司的产品，是现代机械设计方法中一种常用的三维CAD软件，是机械设计领域的主流设计软件。在机械零部件及整机的设计建模及装配方面，与传统的二维设计方法（二维图形描述）相比，应用进行设计与建模，图形表达更直观，不必耗费精力考虑产品的图形表达，修改图样更方便，减少重复劳动，减轻设计强度，从而缩短产品的设计周期。此外，应用对气泡雾化施药喷头进行3D设计与建模，还可以为该喷头的结构优化、有限元分析及流场数值模拟奠定三维模型基础。

1 气泡雾化原理及技术特点

    1.1 气泡雾化原理

    气泡雾化技术(effervescent  atomization)是Lefebvre教授等于1988年提出的一种革新性的雾化技术，现已被广泛应用于燃油喷射等工业领域。气泡雾化原理与常规的液力雾化、气力式雾化有着本质区别。常规的液力雾化、气力式雾化是借助液体或气体的动能克服液体黏性实现液体雾化。气泡雾化不是通过克服液体的黏性，而是通过克服液体的表面张力来达到雾化目的，其过程是把压缩空气以某种适当的方式注入液体中，并使两者在喷头混合室内形成稳定的泡状两相流动，形成均匀而稳定的泡状流是其雾化的关键。气泡雾化原理如图1所示。

图1 气泡雾化原理

    造成气泡雾化的原因一方面是高速气流在喷头出口处对液体强烈的剪切、撕裂作用；另一方面是出口下游液体颗粒所包裹的气泡“爆炸”所造成的二次雾化，即泡状两相流在离开喷头出口瞬间，由于气泡内外压差的剧烈变化，导致气泡剧烈膨胀直至破裂，从而进一步破碎包裹在其周围的液膜，形成更加细微的雾液颗粒（图2）。

图2 雾液形成过程