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基于Fluent外混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究_王保刚.pdf

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资源描述

1、书书书第 40 卷第 2 期2023 年 2 月机电工程Journal of Mechanical Electrical EngineeringVol 40 No 2Feb 2023收稿日期:2022 05 25基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Z2021QE232)作者简介:王保刚(1997 ),男,山东诸城人,硕士研究生,主要从事多相流仿真方面的研究。E-mail:wangbg2022126 com通信联系人:李淑江,男,副教授。E-mail:lishujiang2000126 comDOI:10 3969/j issn 1001 4551 2023 02 001基于 Fluent 外

2、混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究*王保刚,李程前,张建峰,王帅,李淑江*,鉴冉冉(青岛科技大学 机电学院,山东 青岛 266000)摘要:为了有效降低喷嘴气体能量的损耗,需要对气动雾化装置整体结构进行雾化速度和压力流场的仿真分析,通过改进局部设计来减少非必要的能量损失,以此来提高气体能量利用率,提升喷嘴雾化性能。为此,对外混式气动雾化装置的内外流场进行了数值研究。首先,对该气动雾化装置内部气相通道进行了数值模拟,找到了原设计中最大能量损失的原因;然后,根据流场的压力和速度分布规律,对壶体与喷嘴连接处的气相通道进行了局部结构改进,分析了装置改进前后内外流场的压力与速度变化情况;最后,通过模拟喷雾过

3、程,对比了不同气压下原喷嘴和改进后的喷嘴内外流场的雾化特性,对喷嘴局部结构改进的合理性与改进后气动雾化装置性能的优越性进行了验证。研究结果表明:通过掏空雾化喷嘴主体和改变雾化喷嘴进气口形状的方式,可以有效改善气相通道的节流情况,减少气体能量的损失,缩短改进后的喷嘴气相通道内部高速气体路径,并且增加喷嘴气相出口附近的流场速度,最大增幅为 11 49%;改进后的喷嘴雾化性能得到了提升,当气压在 0 3 MPa 附近时,其雾化效果最佳。关键词:气动雾化装置;喷嘴雾化性能;雾化速度;压力流场;节流现象;结构改进;气相通道中图分类号:TH138 8;TH122文献标识码:A文章编号:1001 4551(

4、2023)02 0159 10Improvement and simulation of external mixing pneumaticatomizing nozzle based on FluentWANG Bao-gang,LI Cheng-qian,ZHANG Jian-feng,WANG Shuai,LI Shu-jiang,JIAN an-ran(Electromechanical Engineering College,Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266000,China)Abstract:In or

5、der to effectively reduce the loss of gas energy of the nozzle,it is necessary to carry out the simulation analysis of theatomization speed and pressure flow field of the overall structure of the pneumatic atomization device,and reduce unnecessary energy loss byimproving the local design,so as to im

6、prove the utilization rate of gas energy and improve the nozzle atomization performance Therefore,anumerical study of the internal and external flow fields of the externally-mixed pneumatic atomization device was carried out Firstly,numerical simulations of the internal gas-phase channel of the devi

7、ce were carried out,and the reasons of the maximum energy loss in theoriginal design were found Then,according to the pressure and velocity distribution of the flow field,the local structure of the gas-phasechannel at the connection between the pot and the nozzle was optimized,and the pressure and v

8、elocity changes of the internal and externalflow field before and after the optimization of the device were analyzed Finally,the atomization characteristics of the internal and externalflow fields of the original nozzle and the optimized nozzle were compared by simulating the spraying process at dif

9、ferent air pressures,and therationality of the nozzle local structure improvement and the superiority of the performance of the improved pneumatic atomization device wereverified The research results show that,hollowing out the atomizing nozzle body and changing the shape of the atomizing nozzle inl

10、et caneffectively improve the throttling of the gas-phase channel and reduce gas energy loss The improved nozzle gas phase channel inside the high-speed gas path is shortened,and the flow field velocity near the nozzle gas-phase outlet increase,the maximum increase is 11 49%Theimproved nozzle atomiz

11、ation performance is improved When the air pressure near 0 3 MPa,the atomization effect is the bestKey words:pneumatic atomizing device;atomization performance of nozzles;atomization speed;pressure flow field;throttling phenomenon;structural improvement;gas channel0引言目前,雾化喷嘴已经在人们的日常生活中得到了广泛应用1-3。例如,

12、在电梯轿厢的消毒防疫以及矿井粉尘的治理等过程中,都有雾化喷嘴的应用。雾化喷嘴的主要功能是将液相工质雾化成微小的雾滴,然后向外界环境扩散。由于液滴雾化后得到的雾滴粒径通常都是微米级,增加了液滴的表面积,提高了与周围环境的传热传质效率。气动雾化喷嘴是一种新型雾化喷嘴,其主要特点是利用气液两相流的相互碰撞与摩擦,来实现液体雾化4 目的。相较于传统的压力雾化喷嘴,气动雾化喷嘴具有雾化效果更好、工作压力调节范围更大、堵塞可能性更小、喷嘴结构更简单、对液体压力要求更低等优点5。在相同的工作参数设定下,喷嘴内部结构的尺寸是影响雾化性能的主要因素。因此,近几年来,国内外研究人员越来越重视采用数值模拟的方法,以

13、此来进行喷嘴内部结构的研究。吴恩启等人6 基于维多辛斯曲线理论,对喷嘴的出口结构尺寸进行了结构优化,开发出了一种新型的渐缩式气动雾化喷嘴,并且采用标准模型模拟了喷嘴雾化过程,结果发现,该结构优化方案能够有效降低喷嘴内部气体压力的损失,使气流与液体之间相对速度增大,雾化更充分。丁江民等人7 研究发现,在喷射高黏度液体时,采用现有的气动雾化喷嘴效率较低,因此,采用最大流量法将原喷嘴的内部流道改为螺旋槽流道,并对喷嘴内部流场进行了两相流仿真模拟,结果发现,改进后的喷嘴液相因流动面积减少而致使流动速度增加,从而改善了喷嘴雾化喷涂性能。周香林等人8开发了一种超声速气动雾化喷嘴,通过高速摄像机对其雾化流场

14、进行了观察和分析,结果发现,其液滴雾化破碎的过程遵循二次雾化破碎原理,雾化流场速度、压力分布规律与采用 Fluent 软件所模拟的结果基本相同,并且在不同参数下的试验结果也与计算机仿真的结果基本吻合,证明了该方法的可靠性。DE L M 等人9采用欧拉方法,研究了空心锥形喷嘴发出的液片雾化过程,描述了喷嘴内的流动和喷嘴外的喷雾液滴特征。SALVADO F J等人10采用先进的内外流耦合模拟技术,研究了柴油机椭圆喷嘴的偏心率对喷雾角度和穿透力的影响。AYDIN O 等人11采用数值模拟方法,研究了不同的气相压力和喷嘴几何形状对气动雾化喷嘴出口处气流速度的影响,结果发现,气相速度与气相压力不成正比,

15、当气相压力为 1 0 MPa 时,得到了最小气相速度为 631 m/s,而在气相压力为 2 7 MPa 时,达到了最大气相速度为 663 m/s;通过改进喷嘴几何尺寸,可以在相同的气体质量流量比下获得最大气相速度,进而改善雾化质量。目前,大多数的模拟研究都是以气动雾化喷嘴自身结构为出发点,对其进行设计与改进,但从气动雾化装置(简称雾化器)的整体性出发,对喷嘴进行结构改进,并探究其雾化性能的研究却鲜见报道。雾化喷嘴是雾化器核心部件之一,而压缩空气和水都是由雾化器的内部流道流向气动雾化喷嘴,因此,气体和液体在喷嘴内的流动状态会受到雾化器整体结构的限制。此外,通过应用激光光学测量系统,笔者确定了影响

16、气动雾化喷嘴液体破碎过程的关键参数,发现对液滴尺寸大小影响最明显的是雾化喷嘴内的平均空气速度。平均空气速度的增加会导致空气动力的增加,从而减小液滴粒径的大小12。所以,为了有效降低喷嘴气体能量的损耗,需要对该装置整体结构进行雾化速度和压力流场仿真分析,通过改进局部设计来减少非必要的能量损失,以此来提高气体能量利用率,提升喷嘴雾化性能。笔者对原喷嘴进行雾化特性实验测试13-15,以验证上述仿真分析模型的有效性;在此基础上,笔者对外混式气动雾化器进行仿真研究,分析该装置存在的问题;进而对原喷嘴进行结构改进,并将其与改进前的喷嘴进行对比。1雾化器结构及工作原理雾化器主要由壶体、气相通道、液相通道、气

17、动雾化喷嘴等组成。气动雾化喷嘴可以分为 3 种类型:(1)外混式;061机电工程第 40 卷(2)内混式;(3)复合式。笔者研究的喷嘴结构形式为外混式气动雾化喷嘴,压缩空气和液体会在喷嘴外部混合,并进行雾化。喷嘴内部的主要结构为喷嘴帽、喷嘴主体、两个对称分布的气相通道以及单个液相通道。雾化器简化三维模型及外混式气动雾化喷嘴液滴射流破碎过程图,如图 1 所示。图 1雾化器三维模型及气动雾化喷嘴液滴射流破碎过程图1喷嘴帽;2喷嘴主体;3气相入口 a;4液相进口;5气相入口 b;6气相出口 b;7液相出口;8气相出口 a外混式气动雾化喷嘴的雾化原理是:高速气流通过气相通道从喷嘴出气口(气相出口斜度为

18、)射出,在气动雾化喷嘴液相出口处,因气流的扰动和扩散作用,产生了一个负压区;后方低速液体射流从出水口喷出,由于 Kelvin-Helmholtz 的不稳定性,液体射流会发生一次破碎,形成大颗粒液滴;在负压区的作用下,大颗粒液滴被高速气流吸入并进行混合,在高速气流中加速,被气流冲击剪切,进而完成二次破碎16,形成大量细小液滴。2雾化器数值模拟2 1原雾化器数值模拟2 1 1网格划分雾化装置内部流场三维网格图及 3 种网格方案数量 质量图,如图 2 所示。图 2雾化装置内部流场三维网格图及 3 种网格方案数量 质量图161第 2 期王保刚,等:基于 Fluent 外混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究笔

19、者采用 Creo8 0 3D 建模软件,参照雾化器实物,按照 1 1 建立原雾化器气相通道流体域三维模型,并将其导入 Workbench 中的 ICEM 模块,以进行手动网格划分。由于雾化器模型结构较为复杂,故笔者采取非结构化网格对其内部进行网格划分。为了验证网格的无关性,笔者对仿真模型进行了3 种不同数量的网格划分计算,结果表明:当网格数目超过 644 310 个时,雾化器出口处速度和压力的误差均不超过 7%,表明其内部流体域对网格数量的依赖性较小17。3 种网格划分方案的最低网格质量分别为 0 29、0 34、0 33,均满足该仿真模型需求。因此,为了加快仿真计算收敛速度和稳定性,笔者选择

20、雾化器内部流体域网格节点数 141 236、单元数644 310 的网格划分方案。2 1 2计算模型设置笔者利用 ANSYSFluent19 0 流体仿真软件对模型进行仿真分析(雾化介质为空气),并对整个气相通道进行仿真模拟。该模拟采用连续相湍流可压缩模型,数值计算的控制方程18 如下:其中,连续性方程为:t+(u)x+(v)y+(w)z=0(1)式中:流体介质的密度;u,v,wx、y、z 方向的速度分量。动量方程为:(u)t+div(uu)=div(gradu)px+Su(v)t+div(vu)=div(gradv)py+Sv(w)x+div(wu)=div(gradw)pz+Sw(2)式中

21、:Su,Sv,Sw广义源项。能量方程为:(E)t+ui(E+p)xi=keffTxijhjJj+uj(ij)effxi(3)式中:E流体的总能量;keff有效导热系数;T温度,;hj组分 j的比焓;Jj组分 j的扩散流量。流体的总能量为:E=h p+u2i2(4)式中:h比焓。有效导热系数为:keff=k+kt(5)式中:k分子运动产生的导热系数;kt湍流导热系数。湍流模型选择 k-方程:(k)t+(kui)xi=+t()kkxjxi+Gk+Gb YM+Sk()t+(ui)xi=+t()xjxi+C1zk(Gk+C3zGb)C2z2k+Sz(6)式中:流体密度;k湍动能;耗散率;流体的动力黏度

22、;Gk由平均速度梯度产生的湍动能;Gb由浮力产生的湍动能;YM可压缩湍流脉动膨胀对总耗散率的影响;xi坐标方向;i时均速度;t湍流黏度;k,k 和 对应的普朗特数;Sk,S用户自定义源项;C1z,C2z,C3z经验常数(一般而言 C1z=1 44,C2z=1 92,C3z=0 09,湍动能 k 与耗散率 的湍流普朗特数19,20分别为 k=1 0,=1 3)。边界条件设定如下:工作温度设置为 298 15 K,求解器选择密度求解器,连续相气流入口边界选择压力型入口,数值设定为0 3 MPa;出口边界选择压力型出口,数值设定为0 MPa,空气设置为可压缩的湍流,几何模型里的壁面设置为无滑移壁面,

23、模型中不必考虑热能耗散。2 1 3仿真结果及分析当雾化器气相通道输入压力为 0 3 MPa 时,笔者通过仿真计算得到了其结构内部气相通道流体域内的压力和速度矢量分布图,如图 3 所示。从图 3 可知:由于雾化器气相通道结构为轴对称分布,其内部气相通道的流体域的压力和速度流场也呈轴对称分布。因此,笔者对雾化器局部气相通道流体域流场分布特点进行单独分析即可。由图 3(b)可知:当高速气流由壶体进入气相通道之后,会从喷嘴射出;气体压力在 A 点和 B 点两处呈先增大后减小趋势,这说明高速气流在两处发生了节流261机电工程第 40 卷图 3气相通道在 P=0 3 MPa 下的压力和速度分布现象,造成了

24、其局部能量的损失(A 点是壶体孔口部位,节流现象不可避免;B 点是壶体与喷嘴的连接处,由于喷嘴进气口截面积过小,导致喷嘴内部压力降低,也发生了节流现象)。再由图 3(d)可知:压缩气体在 B 点达到最大速度,说明喷嘴在此处耗气量突然增加,导致雾化器供气发生波动,进而影响雾化效果。综上可知,雾化器的气流能量损失和耗气量骤增的现象都发生在壶体与喷嘴的连接处。2 2改进后雾化器的数值模拟2 2 1改进后的模型与网格划分为了减少气相通道的节流效果,笔者将喷嘴主体掏空,使两个对称分布的圆形气相通道变成两个同心间断环状通道,其中,大圆半径为55 mm,小圆半径为45 mm。气相通道改进后的喷嘴三维模型如图

25、 4 所示。图 4气相通道改进后的喷嘴三维模型该结构改进方案可以有效地增大喷嘴气相通道的截面积,降低气相通道的压力,减少雾化器气流阻力的损耗,进而增加喷嘴气流的射出速度,提高其雾化质量。为了验证该结构改进的合理性,针对改进前后的气动雾化喷嘴的封闭空间,笔者进行了喷气模型的网格划分。喷嘴在封闭空间喷气模型的网格如图 5 所示。图 5喷嘴在封闭空间喷气模型的网格喷气模型的网格信息参数如表 1 所示。表 1喷气模型网格信息参数模型网格节点个数网格单元个数原喷嘴气相通道喷气模型41 239188 393改进后的喷嘴气相通道喷气模型50 194229 732笔者设置雾化器气相入口压力为 0 25 MPa

26、,并在其他设置不变的情况下,对该改进方案进行仿真研究。2 2 2仿真结果及分析喷嘴气相通道压力和速度分布,如图 6 所示。361第 2 期王保刚,等:基于 Fluent 外混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究图 6喷嘴气相通道压力和速度分布从图 6 可以得出:改进后的气相通道压力降低,节流效果明显减少;压缩空气在气相通道内速度没有明显增加,从而减轻了供气波动对雾化效果的影响;同时,气动雾化喷嘴射出的气流速度较改进前的速度有明显增加,因而加强了气流对液体的冲击力,有利于促进二次雾化的发生,提高其雾化效果。3喷嘴的数值模拟3 1几何模型在验证了气相通道改进的合理性后,笔者单独针对两种喷嘴的雾化性能进行对

27、比研究。改进后的喷嘴较原喷嘴改变了进气口截面形状,增大了进气口截面积。其中,原喷嘴与改进后的喷嘴结构尺寸对比结果,如表 2 所示。表 2喷嘴结构尺寸类型/单位原喷嘴改进后喷嘴液相通道入口直径/mm1 01 0液相通道出口直径/mm0 50 5气相通道入口直径/mm1 0(圆形)1 0(环形)气相通道出口直径/mm0 60 6气相出口斜度/()60603 2网格划分以及计算模型设置首先,笔者采用 Creo 对喷嘴进行几何建模。由于喷嘴几何模型相对较复杂,而实际影响雾化效果的结构区域只有气流和液体通过的流体域,因此,笔者将喷嘴导入到 ICEM 中,对喷嘴的各个结构分别进行命名,抽取喷嘴的流道区域进

28、行网格划分。喷嘴内部流体域网格划分结果如图 7 所示。图 7喷嘴内部流体域网格划分461机电工程第 40 卷两相流模型的网格信息参数如表 3 所示。表 3两相流模型网格信息参数模型网格节点个数网格单元个数原喷嘴内部流体域的网格划分28 594114 365改进后的喷嘴内部流体域的网格划分31 611176 852气液两相流雾化属于多相流问题,一般采用 VOF模型捕获多相流交界面中的拓扑变化,即利用流体体积分数跟踪相与相之间的界面变化21。笔者将求解器设置改为压力基求解器,并在 Fluent的 material 中,将雾化介质设置为空气,雾化工质设置为水,其他计算模型参数设置不变。两相工质的物理

29、属性表如表 4 所示。表 4两相工质的物理属性工质密度/(kgm3)比热容/(Jkg1)分子量黏度/(Pas)AI1 2251 00 103291 81 105Water-liquid(H2O 1 )998 24 18 103181 004 103雾化仿真工作参数设置结果如表 5 所示。表 5雾化仿真工作参数喷嘴类型液相压力/MPa气相通道出口斜度/()气相压力/MPa改进前喷嘴改进后喷嘴0 5600 10 30 50 73 3仿真结果及分析为了充分研究气相参数对喷嘴内外部流场特性的影响,笔者以气相压力作为自变量,选取 4 个不同水平参数,对其内外部流场进行模拟研究,并利用CFD-post19

30、 0 后处理软件,得到雾化流场的压力和速度云图,进而得到喷嘴改进前后压力和速度变化规律。3 3 1不同气压下压力云图当气相压力分别为 0 1 MPa、0 3 MPa、0 5 MPa 和0 7 MPa 时,两相流喷嘴内外流场的压力分布仿真结果,如图 8 所示。图 8原喷嘴与改进后喷嘴的压力云图561第 2 期王保刚,等:基于 Fluent 外混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究由图 8 可知:随着气相压力逐渐增加,原喷嘴和改进后的喷嘴内部流场压力也在逐渐增大;在同一气相压力下,改进后的喷嘴内部气相流场压力更大,说明喷嘴在结构改进之后,由于壶体与喷嘴气相入口的连接处截面积增大,从而导致节流现象的产生和气

31、体能量的损耗减少;并且因为喷嘴气相流场压力分布更加均匀,使喷嘴整个气相通道受力都较为均匀,所以延长了喷嘴的使用寿命;同时,当气相压力从 0 1 MPa 逐渐增加到 0 3 MPa时,会导致气流的紊动扩散作用加强,在喷嘴出口附近形成不稳定的负压区。该负压区会对液体形成吸力,加大其射流速度,从而利于保持液体喷雾效果的稳定性;当气相压力超过 0 3 MPa 时,喷嘴液相出口附近负压效果更加明显,符合伯努利原理22,说明该模拟结果真实可靠。3 3 2不同气压下速度云图原喷嘴和改进后的喷嘴在不同气压下内外流场速度分布云图,如图 9 所示。图 9原喷嘴与改进后喷嘴的速度云图661机电工程第 40 卷分析图

32、 9 可知:在原喷嘴中,由于喷嘴进气口截面积较小,在相同气压下,喷嘴内部的气相通道进气口附近速度会比改进后的喷嘴速度更快;但是,改进后的喷嘴速度和原喷嘴速度在出气口附近相差不多。这是由于改进后的喷嘴因进气口截面积扩大,进气量足,而在喷嘴出气口附近截面积骤然变窄,产生了节流现象,使得管道压强变小,从而导致气流速度变大;因原喷嘴自身材料的问题,以及其内部气相通道一直有高速气流冲刷,导致其在使用时间过长时,气相通道会有一定的磨损,从而降低了喷嘴自身的雾化性能。而改进后的喷嘴仅在喷嘴帽出气口附近有高速气流通过,所以气相通道的磨损相对减少,且喷嘴帽便于更换,故使喷嘴的使用性能得到了提高。笔者现在取喷嘴两

33、出气口中心为端点做直线,在直线上采用 post 后处理软件拾取点功能,取直线上 10个点的速度求平均值,当作气液混合流体轴向平均速度。不同气压下喷嘴气相通路改进前后速度曲线,如图 10 所示。图 10不同气压下喷嘴气相通路改进前后速度曲线分析图 10 可知:当气相压力为 0 1 MPa 时,原喷嘴出口喷雾的平均速度为 8 94e+1 m/s,改进后的喷嘴出口喷雾的平均速度为 9 56e+1 m/s,速度性能提升了 6 94%;当气相压力为 0 30 MPa 时,原喷嘴出口喷雾的平均速度为 1 48e+2 m/s,改进后的喷嘴出口喷雾的平均速度为 1 65e+2 m/s,速度性能提升了 11 4

34、9%;当气相压力为 0 5 MPa 时,原喷嘴出口喷雾的平均速度为 2 14e+2 m/s,改进后的喷嘴出口喷雾的平均速度为 2 23e+2 m/s,速度性能提升了 4 21%。在改进后喷嘴的气相通路截面积速度云图中,与原喷嘴相比,在喷嘴出口处形成了更加明显的涡流,其流场也变得相对稳定,说明气相冲击力刚好使得液体工质发生了雾化,没有多余气体能量向四周扩散,使得液相工质的流动变得相对通畅,从而避免了改进后的喷嘴出口处出现滴水以及气体噪音的现象23;并且,喷嘴轴向喷雾速度云图扩散得更远,也更加对称,这也表明了改进后的喷嘴出口处高速液滴占比更多、速度更快,二次雾化冲击剪切力更强,从而有助于提高喷嘴的

35、雾化质量,加快雾滴扩散速度;当气相压力为 0 7 MPa 时,原喷嘴出口喷雾的平均速度为 2 36e+2 m/s,改进后的喷嘴出口喷雾的平均速度为 2 45e+2 m/s,速度性能提升了 3 81%。以上这些数据均表明:(1)针对气相通路进气口面积的改进设计模拟,可以加强气动雾化喷嘴的喷雾效果;(2)但是当气相压力超过 0 5 MPa 时,由于气相冲击力过大,部分气流冲出雾化区域,就会导致喷嘴内部流场稳定性和对称性的降低,从而影响雾化质量,甚至还会产生强烈气流噪音24。4结束语笔者以雾化器为研究对象,基于 Fluent 对气动雾化喷嘴内部气相通道流场进行了数值模拟,分析得出了原设计中气体能量损

36、失的原因,由此对原设备进行了局部结构改进,并对其进行了仿真计算研究。研究结果表明:(1)由于原设备壶体与喷嘴连接处产生节流现象,且气流阻力损失主要在喷嘴上,笔者通过把喷嘴主体掏空,让喷嘴进气口由原来圆形截面变成环形截面,使得原设备气相通道压力减少,从而改善了喷嘴节流现象;(2)改进后的喷嘴随着气压的增大,喷嘴内流场压力较原喷嘴也有所增大,但是由于高速气体路径缩短,从而减少了喷嘴内部气流的损耗,减轻了气相通道的磨损,延长了喷嘴的使用寿命;(3)与原喷嘴速度相比,改进后的喷嘴外部流场喷雾速度更快,雾化流场对称性更强,并与气相压力成正相关,这有利于提高雾滴的扩散和破碎速度,进而改善雾化的效果;同时,

37、随着气相压力的增加,喷嘴出口处喷雾速度的增长率在减小,这说明当气相压力增加到一定数值后,对喷雾速度的影响将会越来越小;当气相压力为 0 7 MPa 时,改进后的喷嘴速度会达到最大2 45e+2 m/s,但容易因气压过高原因,导致喷嘴出现过喷和气流噪音大的问题,从而降低其经济性。另外,当气 压 为 0 3 MPa 时,改 进 后 的 喷 嘴 速 度 达 到1 65e+2 m/s,速度性能提升值达到最大,提升了11 49%。761第 2 期王保刚,等:基于 Fluent 外混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究因此,要提高喷嘴的雾化稳定性,可以考虑将其气压固定在稍大于 0 3 MPa 附近,这时喷嘴的雾化

38、质量会更好。在后续的工作中,笔者将要对改进后的喷嘴进行实际的加工制造,并采用试验的方法,进一步改善喷嘴的雾化特性,并将改进后的喷嘴应用到电梯轿厢的消毒中,研究喷嘴雾滴在电梯内的扩散分布效果及规律,为电梯快速高效消毒提供设计思路与理论指导。参考文献(eferences):1 谢玮,张玉春,张文斌,等 受限空间细水雾降温效果的实验 研 究 J 工 程 热 物 理 学 报,2019,40(12):2873-2878 2 陈明涛,沈俊华,李功宁 电梯的常用化学消毒方法 J 中国电梯,2021,32(14):69-72 3 丁小勇,魏秀业,刘邱祖,等 煤矿雾化喷嘴内气液两相流动的 CFD 数值模拟 J

39、矿山机械,2015,43(3):18-24 4 UNAN A,ZAEMBA M,MALY M,et alDropletdynamics and size characterization of high-velocity airblastatomizationJ International Journal of MultiphaseFlow,2017,95(3):1-11 5 PENG H,NIE W,CAI P,et al Development of a novelwind-assisted centralized spraying dedusting device for dustsup

40、pression inafullymechanizedminingface J Environmental Science and Pollution esearch,2019,26(4):3292-3307 6 顾自明,吴恩启,潘进,等 渐缩式空气雾化喷嘴设计与仿真 J 农业装备与车辆工程,2016,54(12):1-5 7 丁江民,于博 高黏度环氧树脂空气雾化喷嘴数值模拟及实验 J 大连交通大学学报,2019,40(5):50-54 8 祁航,周香林,徐良辉,等 超音速气雾化喷嘴的水流模拟实验研究 J 热喷涂技术,2020,12(3):54-59 9DE L M,VALLET A,BOGH

41、I Pesticide atomizationmodeling for hollow-cone nozzle J Atomization andSprays,2009,19(8):741-753 10 SALVADO F J,PASTO J M,DE L M J,et alComputational study on the influence of nozzle eccentricityin spray formation by means of eulerian sigmay coupledsimulations in diesel injection nozzlesJ Internati

42、onalJouranal of Multiphase Flow,2020,129(16):103338 11 AYDINO,UNALExperimentalandnumericalmodeling of the gas atomization nozzle for gas flow behavior J Computers Fluids,2011,42(1):37-43 12HAN H,WANG P,LI Y,et al Effect of water supplypressure on atomization characteristics and dust-reductionefficie

43、ncy of internal mixing air atomizing nozzleJ Advanced Powder Technology,2020,31(1):252-268 13 李淑江,李程前,沈敏敏 基于 FLUENT 的气液两相流喷嘴雾化性能研究 J 轻工机械,2021,39(6):81-85 14 李淑江,吴明,窦如宏 基于气动雾化机理的喷嘴性能试验测定J 机械设计与制造工程,2019,48(3):115-118 15 李淑江,吴明 基于气动雾化机理的喷嘴性能试验研究 J 轻工机械,2018,36(1):84-87 16 刘静,徐旭 高速气流中横向液体射流雾化研究进展 J 力学

44、进展,2009,39(3):273-283 17 刘红,沈少祥,蒋兰芳,等 基于 Fluent 的船用防爆阀降压特性研究 J 机电工程,2018,35(10):1053-1057 18 陈曦,葛少成,张忠温,等 基于 Fluent 多喷嘴喷雾干涉数值模拟分析J 环境工程学报,2014,8(6):2503-2508 19 陈廷兵,廖文玲,李晓晓,等 基于 Fluent 的射流喷嘴结构设计与优化 J 成都大学学报:自然科学版,2019,38(3):304-307 20 胡建林,郑水华,汪军印 等 气动雾化喷嘴辅助雾化孔角度优化 J 轻工机械,2021,39(6):75-80 21 吴英亮,钱炜,王

45、东昌 基于 CFD 及正交试验的喷嘴雾化性能研究 J 农业装备与车辆工程,2020,58(9):104-107 22 邢炯,杨传民,蔚俊,等 基于 Fluent 的气液两相流喷嘴内部流动特性仿真J 包装工程,2021,42(9):207-214 23 吴明 二流体雾化发生器的研究与应用 D 青岛:青岛科技大学机电工程学院,2018 24 邱福寿,王国涛,彭辉 含凹坑缺陷稠油热采井口用四通管的冲蚀数值模拟研究J 压力容器,2021,38(2):28-36,54编辑:李辉本文引用格式:王保刚,李程前,张建峰,等 基于 Fluent 外混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究 J 机电工程,2023,40(2):159 168WANG Bao-gang,LI Cheng-qian,ZHANG Jian-feng,et al Improvement and simulation of external mixing pneumatic atomizing nozzle based on FluentJJournal of Mechanical Electrical Engineering,2023,40(2):159 168机电工程 杂志:http:/www meem com cn861机电工程第 40 卷

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