优化高压直射喷嘴雾化性能：出口直径与雾滴特性

本文主要探讨了直射式高压喷嘴的雾化特性及其设计优化。直射式高压喷嘴在工业应用中，特别是在电力科学领域，其性能对燃料喷射、燃烧效率以及环境保护等方面具有重要影响。研究者范明豪、刘英卫、周华和杨华勇针对喷嘴的选型与内部尺寸进行了深入分析。 首先，他们针对系统设定的额定工况——流量q=16毫升/转，压力P=14兆帕，进行了仿真模拟。仿真结果显示，当喷嘴出口直径d达到约1.5毫米时，喷嘴的性能表现最佳。这个直径被确认为是雾化效果的关键参数，因为在这个尺寸下，喷出的雾滴索太尔平均直径d32（衡量雾滴大小的重要指标）能够得到最理想的控制。 然而，当d小于1.5毫米时，研究发现喷嘴喉部长度l/d和收缩角α对雾滴直径d32的影响相对较小。这表明在小直径范围内，喷嘴的设计重点应集中在出口直径上，以确保雾化质量。 进一步的研究指出，系统稳定雾化压力在8~9兆帕之间，这意味着在这一压力范围内，喷嘴能保持稳定的雾化效果。具体到实验操作，当压力P=9兆帕、出口直径d=1.1毫米时，采用三维多普勒相位粒子测速仪对雾滴的索太尔平均直径d32和速度进行了测量。 实测结果显示，优化结构后的高压直射式喷嘴在距出口500毫米的位置，雾滴的索太尔平均直径d32和轴向速度u_x呈现出明显的递减趋势，即雾滴变得更细且速度降低，这有利于提高雾化效果和燃烧效率。同时，径向速度u_r则呈现上升趋势，这可能反映了优化设计对喷嘴径向流动的控制。 这项研究提供了关于直射式高压喷嘴性能优化的重要指导，尤其是在雾化效率和喷射特性方面。这对于相关行业的设备选型、设计改进以及实际操作中的参数调整都有着实际意义。通过精确控制喷嘴的尺寸和工作条件，可以显著提升喷嘴的雾化性能，从而提高整个系统的运行效率和环境友好性。