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《中北大学》 2017年
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紧耦合雾化器导液管末端修形对气雾化影响的研究

张宇航  
【摘要】:微细球形金属粉末广泛运用于各行各业,其中气雾化制粉具有粒径小、冷却速度高、球形度好、含氧量低等特点。紧耦合雾化器作为气雾化技术核心部件相关研究备受关注。随着近年数值模拟和可视化技术的发展,在研究紧耦合雾化器几何参数、气相流场、气液作用、粒径分布方面发挥重要而独特的作用,气液混合一直是流体力学工作者们的人们研究主题。生产实践已表明在同样雾化条件下,微细球形铝粉一次粒度分级的细粉(d50≤10μm)收率,导液管尾缘经过修形和未修形的能够提高10%-30%,达到了50%-85%,紧耦合雾化器导液管经过修形能够提高雾化效率,但是其掺混雾化机理尚未有人研究,对此深入研究具有重要意义。本文主要从事气雾化制粉核心部件紧耦合雾化器的改进和参混原理研究。文中对二维紧耦合雾化器开展气相模拟,搭建气雾化射流纹影装置和开展相关实验;结合实验开展紧耦合雾化器气液混合数值模拟;研究三维喷嘴末端尾缘修形对气雾化影响。首先对二维紧耦合喷嘴“开涡”、“闭涡”流场结构研究基础上研究了多种工况下流场“桶型”波和膨胀区位置和分布。并开展空气和水的两相模拟,研究气液作用核心参混区域为气流下端和回流区边界的剪切层,并发现回流区形状改变,并且总是趋于平衡的过程。在对紧耦合喷嘴流场特性分析的基础上,搭建了射流纹影实验装置。随着压力的增加,紧耦合雾化器气流膨胀区将增大,同时增加了雾化角。环孔雾化器也具有分流作用,气液混合流场中出现回流区波动以及波动周期T=2 ms、降温物理现象。小突片结构和锯齿结构强化混合,锯齿导液管孔具有改变羽状射流的情况。8锯齿雾化效果优于4锯齿。提出一种稳定生产的新型导液管,通过二维气相数值模拟研究了不同工况下不同构型对抽吸压力的影响,并分析不同结构下射流波系变化以及影响因素。最后,根据前者研究,进行三维导液管尾缘修形(锯齿形/无修)的气相流场模拟,捕捉流场结构和参数分布,数值表明无修喷嘴流场结构呈环形分布,参数分布较均匀;锯齿形喷嘴流场比较复杂,锯齿是产生流向涡的核心区域,在一个齿根处产生7对等值异向的流向涡。流向涡对产生的卷吸运动强化气流与周围介质的掺混,导致密度、速度和温度的局部变化(改变流场结构、增加剪切作用、影响降温速率),同时被动增加了轴线压力,增加气液比。这些变化都是有利于制取细粉的关键。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB44;TH69

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【参考文献】
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