喷嘴雾化特性及其机理研究进展

李欣疏 孙鹏尧

摘要：总结分析了喷嘴的相关雾化机理和实验研究方法，单一的研究方式具有局限性，采用多种研究方式同时进行验证。

关键词：雾化机理;液滴;实验

一、引言

能源在人类社会发展过程中具有推动发展和夯实基础的作用，它所带来的巨大经济效益关系着一个国家的发展与进步。在社会经济的各个方面都离不开能源，小到民用、运输和工农业，大到军事国防，均需要消耗大量的能源。尽管我国太阳能、风能等新能源的开发利用已经取得显著进展，技术水平有了很大提高，且發展潜力巨大，在未来有可能会替代矿物燃料，但是新能源现阶段仍满足不了社会发展的需求。故当前的首要任务就是减少矿物燃料的浪费率，但实际执行起来却存在诸多问题。

二、雾化机理

目前为止有关雾化机理研究现状，不论国内还是国外的研究人员所得出的理论纷繁复杂，至今没有统一的理论，经得住推敲的理论可分为以下几种：湍流扰动学说、空气扰动学说、气动雾化机理、气泡雾化机理、压力震荡学说、边界条件突变学说。其他未得到验证的理论在这里不做讨论。

（一）气动雾化机理

小雾滴外表面的张力可以将雾滴的形状保持不变，如果要将雾滴破碎至物化状态，可以引入气相介质流充分破坏雾滴的内外平衡，这是由于气相介质流的作用使液滴驻点压力大于雾滴的表面张力。

（二）气泡雾化机理

气泡雾化可以将雾化介质（气体）引入到液相介质内，这样气相和液相介质将充分的在混合室内混合，这种混合流具有相对高的稳定性，这时气泡会剪切和挤压液相介质，导致连续的液相介质在喷出的过程中被撕拉至膜状和丝条状，这是所谓的第一次雾化;为了让膜状和丝条状的液相介质离散状态更好，喷嘴出口附近的内压和外压差值变化明显，利用压差未完全雾化的液膜将得到进一步为雾化。

（三）压力震荡学说

在液体供给系统中，由于压力的存在会使整个供给系统存在微小或较大的震动，这种震荡某种程度上会对雾化过程产生推动的作用。工业生产中的一般喷射系统中普遍存在着压力震荡，因此认为它在某种程度上对雾化起到了一定的辅助作用。

（四）湍流扰动学说

对于喷嘴的雾化过程有些研究学者认为产生于喷嘴的内部，这与认为产生于外部的学者正好相反，认为产生于内部的原因则是湍流强度的重要作用。这些研究学者认为喷嘴内部的湍流强度将会扰乱流质径向方向的速度。

（五）空气扰动学说

与湍流扰动学说恰恰相反的使空气扰动学说，在射流雾化的过程中存在穴蚀现象，他将产生的较大振幅的压力扰动足以引起雾化。

（六）边界条件突变学说

流体在流经喷嘴出口时边界条件将产生骤变，近壁面的层流液体骤然失去壁面约束，使得该截面内的速度分布突然变更而产生的雾化。

以上几种学说均具有一定的片面性，不够全面具体，甚至有些学说之间是相互矛盾的。由于稳定的无内穴供油以及层流射流均能产生雾化，因此大多数专家学者都支持空气动力干扰学说。该种学说发展的比较充分，可以明确地解释低速射流分裂破碎的原因，进而推理到高速射流，它被广泛认为成喷嘴雾化的基本原因，受到了一众学者的推崇。对于喷嘴雾化的导致因素存在很多，在探索雾化过程的过程中无法像经典理论一样推导。多种雾化机理导致了建模的多元化，针对不同的射流过程可以选择相适应的雾化机里。

三、雾化实验

在数值模拟软件还未普及化的年代主要依靠实验进行研究，而现如今的实验研究更多的是为了验证一些喷雾的宏观特性与微观特征。在测量技术的选择问题上，需要考虑的因素有很多，如测量目的、装置的使用要求和设备的市场价格等来衡量。

（一）激光粒度仪

该仪器主要依靠激光束进行测量，激光束会测量估算光柱内液滴的粒径均值以及液滴是如何分布的具体情况。由于他的测量原理，同等实验条件下测量的粒径以及分布状态可能存在很大差别。光的衍射现象为激光粒度仪做理论支撑，喷射过程中液滴会穿梭于激光柱，这时雾滴的表面就会对光进行衍射，而雾滴粒径与光的衍射角度成反比，当液滴越大，衍射光的角度越小，当液滴越小，衍射光的角度越大。在射流过程中，多种粒径的液滴在激光束间快速流过，被衍射的光将分散于不同位置，从而将雾滴的粒径大小参数化。具有相同粒径的液滴被激光束照射，衍射光会落在同一位置，光的强度由于叠加而出现增强，所以，光的明暗信息可以准确反映出液滴粒径所占百分比，从而将雾滴的粒径分布状态参数化。

（二）激光多普勒测试技术

同样是应用激光技术，使用激光多普勒测粒仪的被测液滴流穿越激光束的过程中将引发干涉条纹的波动，发出信号，通过及时处理信号几乎可以同时显示液滴流速和粒径。

四、结论

对于喷嘴的物化特性和机理的研究，单一的研究方式存在一定的局限性，大多采用多种研究方式同时进行验证。

参考文献

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