气-液内混式高压喷嘴液体流量特性及雾化特性的研究

　　气-液内混式高压喷嘴由于雾化质量高、气耗率低、单嘴燃烧能力大,近年来被广泛应用于工业加热、熔炼等大型炉窑设备上.但由于这种喷嘴存在着雾化介质的压缩性和气液两种流体的相互作用,因而无论是它的流量特性,还是雾化特性都十分复杂.通过实验的方法,找出两种特性的变化规律,为此类烧嘴的理论研究、设计及应用提供科学依据.

　　1　实验方法和实验装置

　　实验过程中以水代油,以压缩空气作为雾 化剂,将液体流量、空气流量和雾化质量列为 考察指标.液体压力、空气压力和喷嘴的进、出 口孔径作为影响考察指标的变量参数.

　　实验喷嘴的简化物理模型如图1所示.实验喷嘴共采用12种结构.对每一种结构的喷嘴, 将液体压力(表压力)分为0.00 MPa、0.10 MPa、0.20 MPa、0.30 MPa、0.40 MPa 5个不同水 平;将气压力(表压力)分为0.00 MPa、0.05 MPa、0.10 MPa、0.15 MPa、0.20 MPa、0.25 MPa、0.30 MPa、0.35 MPa、0.40 MPa、0.45 MPa、0.50 MPa 11个不同水平,分别对考察指标 进行测定,共获500多组数据.每组数据中包括:液体压力P1、空气压力P2、混合室液体进口孔 径d1、雾化介质进口孔径n2-d2(n2为孔数)、混合室液体出口孔径n3-d3(n3为孔数)、液体质量流 量G1、雾化介质质量流量G2、平均粒度(SMD、D43)、粒径分布等. 

　　实验装置由供水系统、供风系统、实验喷嘴、喷雾收集系统以及马尔文激光测量和数据采 集处理系统等组成.

    2　实验结果分析

    2.1　喷嘴液体流量特性

　　实验结果表明,各个喷嘴液体质量流量G1(以下简称液体流量)与液体进口压力P1及气体进口压力P2之间的关系定性一致,现以部分喷嘴的实验结果为例进行分析.

    2.1.1　操作参数对液体流量的影响

　　图2、图3分别为8号喷嘴液体流量与液体压力(G1-P1)之间、液体流量与空气压力(G1-P2)之间的变化关系.

　　(1)由以上两图可以看出,在空气压力P2一定时,液体流量G1随液体压力P1的增加而增加.在液体压力一定时,液体流量随空气压力的增加而减少.

　　(2)对实验数据进行回归,得出图2中4条曲线的回归方程为

　　G11= 221.5P10.56;G12= 220.6P10.6;G13= 222.8P10.56;G14= 228.1P10.72

　　可以看出,不同气压下液体流量与液体压力均呈幂函数关系.这表明,在维持液体压力不变的情况下,气体压力的改变不仅影响液体流量的大小,而且也将对液体流量的变化率产生影响.

　　(3)对实验数据进行回归,得出图3中4条曲线的回归方程为