基于剪切效应的气动雾化喷嘴试验研究

提出一种基于剪切效应的气动雾化喷嘴,对影响雾化质量的喷嘴结构参数进行试验研究.设计了3种气流孔径分别为8.0,9.0,10.0 mm的喷嘴,以自来水为工质,采用激光粒度分析仪和激光多普勒测速仪对不同喷嘴的雾化性能进行测量;描述气流孔径和气体流量对雾化微粒直径与速度分布的影响,量化并分析雾化微粒直径与速度之间的关系.结果表明：在同一气体流量条件下,采用气流孔径为10.0 mm的喷嘴所获得的雾化微粒速度最大、直径最小.随着气体流量增大,雾化微粒的速度增大,直径减小.随着距离喷嘴出口的轴向距离增大,雾化微粒直径先减小后增大,速度先增加后下降.对于气流孔径为10.0 mm的喷嘴,在距离喷嘴出口的轴向距离50.0 mm断面上,雾化微粒速度呈现双峰分布,在喷嘴轴心线附近出现谷值;在距喷嘴出口的轴向距离为200.0 mm的断面上,雾化微粒的速度在喷嘴轴线位置达到最大值.     

螺旋型喷嘴雾化及流量特性实验

分析了几种常用的表征液滴尺寸的参数以及喷嘴的流量及雾化特性,用因次分析的方法建立并回归了TF型喷嘴的雾化准则关系式。通过实验研究了TF6喷嘴的几种雾化液滴直径随喷雾压力变化的规律,建立了TF6喷嘴的流量与喷雾压力之间的关联式。实验表明,随着喷雾压力的升高,喷嘴的流量增大,雾滴的各种直径均降低,但喷雾压力对雾滴直径的影响是有限度的。     

渐缩式空气雾化喷嘴设计与仿真

为了提高喷嘴雾化效率,基于维多辛斯曲线理论,对喷嘴出口结构进行优化,研制出了一种新型渐缩式空气雾化喷嘴。利用Fluent软件基于DPM方法和标准湍流模型,模拟仿真了喷嘴雾化的速度分布和粒径分布,并分析不同喷嘴气液夹角对雾化效果的影响。分析结果表明:雾化气体速度在轴线方向随距离增大而明显减小,在径向方向上呈标准正态分布;当气液夹角α=20°时,雾化气体速度最大,液滴索特尔平均直径(SMD)最小,雾化效果最好。     

不同结构参数对喷头雾化特性的影响规律

针对目前雾化喷嘴存在的雾化压力高、雾化范围小等问题,设计了一种雾化喷头,并分析了该喷头的雾化特性.利用激光粒度测试仪探究压力为0.15～0.30 MPa、出口直径为0.3～0.9 mm等条件下对喷头雾化锥角、速度场和液滴粒径的影响,获取了不同试验条件下流场流动特性的变化规律：在低压力下,雾化锥角受喷头出口直径的影响较大,出口收缩角越大则雾化特性越优良;出口直径为0.9 mm的喷头,喷腔长孔比为1、出口收缩角为75°时更能实现大范围的作业;随着喷雾压力增大,水滴速度最大值也显著增大,但压力对雾化流场整体速度分布趋势的影响不大.水滴直径也随着喷头出口直径增大而增大,且喷头出口直径对水滴直径影响显著,但水滴直径相同时,出口直径越大,水滴速度越小.该结果为雾化喷头在中低压范围内的应用提供了理论参考.     

气泡雾化技术发展及在植保上的应用前景

介绍了气泡雾化喷嘴的雾化原理、结构特点,以及国内外研究进展。气泡雾化作为一种新型的两相流雾化方法,可以在较低的工作压力和较小的气液比下获得很好的雾化效果,与常规雾化方式相比具有显著的优点,理论和试验研究表明,气泡雾化喷头完全可以应用在农药喷施技术上。     

气力式雾化喷嘴最佳气耗率的试验

采用液体旋流式气力雾化喷嘴对水进行雾化特性试验,以雾滴索太尔平均直径和粒径分布作为主要判断指标,确定了最佳气耗率的选取标准,分析了最佳气耗率与液体流量变化之间的规律。研究表明：不同内径的气力式雾化喷嘴在其液体流量改变时,均对应有不同的最佳气耗点。回归拟合了最佳气耗率的经验公式,与试验数据基本吻合。     

气泡雾化喷嘴泡状流喷雾特征试验与仿真

建立了气泡雾化喷射可视化试验系统及喷嘴内部和喷雾场中气液流动模型;采用试验和仿真方法对一特定可视化喷嘴的泡状流喷雾特征进行了研究。结果表明,喷雾表面存在气相膨胀凸起现象,气相膨胀凸起宽度随液相流量和气液质量比增加而增大,凸起间距随气液质量比增加而减小;在相同气液质量比下,喷雾锥角随液相流量增加而增大,较高液相流量时液相流量的影响变弱,喷雾贯穿距在较低气液质量比时随液相流量增加而增大,较高气液质量比时则减小;低气液质量比时,喷雾形态受气液质量比影响明显,喷雾锥角和贯穿距随气液质量比增加而增大;液滴碰撞率随喷雾轴向距离增加而减小并逐渐趋于稳定;喷孔出口气液流量脉动对喷孔出口截面附近液滴轴向速度的影响只局限于很短距离内;随着与喷孔出口轴向距离增加,液滴直径分布范围变宽、液滴峰值数量减少,液滴峰值直径和液滴直径分布向大直径方向移动;随着与喷孔出口轴向距离增加,大尺度液滴区内液滴粒径增大,大尺度液滴区的径向范围变宽。     

气泡雾化喷嘴气体溢出过程声波信号的时频特征研究

通过自建的气泡雾化喷嘴射流可视化实验平台对射流中气体溢出过程进行了声波信号采集和图像观测。采用自适应最优核(AOK)与希尔伯特-黄变换(HHT)边际谱两种时频分析方法对采集到的声波时频信号进行了处理和分析。结果表明:气泡溢出喷嘴时会导致声波信号AOK时频谱幅值的增加;时频谱幅值随时间的变化可以反映喷孔处气体溢出量的实时变动;声波信号的HHT边际谱能量主要集中在一定频率范围内,且在频率轴上的分布与气液两相压力、气液混合状态等因素有关;边际谱能量关于某一中心频率呈近似对称分布,且该中心频率与气泡压力相关,而与气泡大小关系不大;声波信号的时频分析结果能很好地捕捉到气泡雾化喷嘴射流时气相在溢出过程中的变化。声波信号时频分析方法可作为气泡雾化喷嘴射流研究的一个有效途径。     

生物质热解油喷雾特性试验

采用相位多普勒粒子分析仪,研究生物质热解油喷雾特性,考察气液质量流量比对液滴平均直径的影响,并与0号柴油和生物油/乙醇混合燃料的喷雾特性进行对比。结果表明：生物油的索特平均直径沿着轴向距离的增加呈先减小后增大的趋势,沿着径向不断增大;随着气液质量流量比的增加,液滴的平均直径不断减小,但减小趋势变缓;柴油雾化性能最好,生物油最差,添加乙醇能增强生物油的雾化性能。利用试验数据拟合得到生物油索特平均直径的经验公式,拟合值与试验测量值吻合良好,为生物油燃烧喷嘴的设计和运行工况的优化提供了参考。     

双流体喷嘴雾化控制特性研究

双流体喷嘴具有雾化效果稳定、显著节能、药量调整范围大和优异的抗堵塞性能等特点,对于提高施药精确性、降低药液浪费和减少环境污染有重要意义。为此,将双流体喷嘴用于猕猴桃园喷雾,使用自主搭建的双流体喷雾试验平台,采用了扇形喷嘴、圆形喷嘴、广角圆形喷嘴3种喷嘴,进行了不同气压下雾化流场的喷雾试验,研究了最佳液体压力恒定的情况下,气路气压的变化对雾化角、贯穿距、流量及压力损失等雾化特性参数的影响。结果表明:扇形喷嘴优于圆形喷嘴和广角圆形喷嘴;随着气压的增大,喷雾的贯穿距先增大后减小;随着气压的增大,雾化角呈现先增大后减小的趋势;随着气压的增大气体流量增大,液体流量减小,气路压力损失较大。对猕猴桃园来说,气压在2.5bar时,选用扇形喷嘴较为适宜,为气液双流式变量喷雾的研究奠定了基础。     

基于高速摄像技术空气喷嘴雾化特性研究

为提高农药有效利用率,基于2400×1500×1500(mm)透明雾化实验平台选用外混式空气雾化喷嘴,利用激光检测和高速摄相机拍摄,针对雾化液滴在3个自变量:气体压力、液体流量、液体温度工艺条件下,同时引入索太尔平均粒径(SMD)计算公式,展开喷嘴雾化液滴粒径特性影响的研究。并基于ANSYS Fluent17.0软件,仿真模拟喷嘴外雾化粒径。由实验获得了影响最佳工况液体流量15kg/h、气体压力0.20MPa、液体温度30℃。同时获得结论:随着液体温度、气体压力的增大,SMD值逐渐减小,雾化效果逐渐上升,农药利用率逐渐提高。     

基于风送辅助的螺旋风送装置结构设计与试验研究

针对目前喷雾作业中的雾滴雾化效果差、沉积率小、叶片背面药液附着率低等问题,设计了一套由风箱和螺旋风口套组成的风送装置。运用CFD技术对风送装置的流场进行了仿真,结果表明:该风箱结构具备较好的分布风压的能力,螺旋风口套结构能够极大地提高出口风速且改变风向。对装有螺旋风口套和未装有螺旋风口套的两种工况下的试验平台进行喷雾作业,并对雾滴覆盖率和雾滴粒径体积中值等参数进行测量,结果表明:螺旋风口套安装后,提高了树冠各层的雾滴覆盖率,叶片背面药液附着率提高了2.7%,叶片正反面的药液附着率差值缩小至9.6%;树冠的雾滴体积中值直径相比减小了21.6%,说明螺旋风口套的设计细化了雾滴直径,提高了雾滴覆盖率和药液利用率。     

基于环对称掺气的液体射流泵试验研究

为改善液体射流泵性能,提出了在喉管处环对称掺气的方法.通过射流泵水力试验,研究了不同掺气条件下各流量比工况的基本性能及空化特征.试验表明：喉管适量掺气后,未达到极限流量比工况时压力比总体略有提升,效率变化率增值为0.3%～4.9%,接近极限流量比时增效最为明显;极限工况时掺气可以改善空化性能,实测喉管及扩散管的压力脉动明显减弱,且射流泵极限流量比有所增加、正常工作范围变大;较优的掺气率(空气与混合液的体积流量比)为2.0%～3.0%.研究表明：与水相比,空气的黏度系数较小,少量空气被液体携带贴着管壁流动,可降低近壁面水流阻力、减小沿程水头损失,有利于提高射流泵传能效率.在极限工况时空气自然吸入可提升喉管内压力、减免射流泵空化、改善运行性能.环对称掺气的研究成果,可为液体射流泵的性能优化提供一定的参考依据.     

平衡孔直径对离心泵叶轮进口流态的影响

为研究平衡孔直径对离心泵叶轮进口流态的影响,在降速后的IS80-50-315型离心泵上,用平衡孔直径d分别为0,4,6,8,10 mm的同一个叶轮,对离心泵的扬程、效率和轴功率进行预测,研究泵在设计工况、不同平衡孔直径时叶轮进口处速度矢量和压力的分布情况,并监测叶轮进口处的压力脉动特性.结果表明:加大叶轮平衡孔直径,泵的扬程与效率下降、轴功率提高,且在小流量工况下泵扬程变化更为明显;随着平衡孔直径的增大,平衡孔内液体流速减小,对叶轮进口流体的冲击作用逐渐减弱,叶轮进口处压力变得均匀,在一定程度上改善了泵的抗汽蚀性能;随着平衡孔直径的增大,叶轮进口主流区的压力脉动幅值减小,在一定程度上稳定了压力脉动幅值的变化,改善了其不稳定特性;平衡孔直径增大时,叶轮进口区平均静压变化逐渐稳定.研究成果为离心泵叶轮平衡孔直径的选择提供了参考.     

一种撞击式喷头雾化特性研究

分析了撞击式喷头的雾化机理,通过实验研究了撞击式喷头的几种雾化液滴直径随喷雾压力变化的规律以及撞击式喷头的流量与喷雾压力之间的关系。实验表明:随着喷雾压力的升高、喷头的流量增大,雾滴的各种直径均降低,但喷雾压力对雾滴直径的影响是有限度的。该喷头的雾滴直径小,雾化特性能满足降温或加湿要求。     

料液脉动燃烧尾气雾化试

脉动燃烧器产生的高温振荡尾气流可用于料液的脉动气流雾化干燥,作业成本低,干燥质量好.本文采用小型亥尔姆霍茨(Helmholtz)型脉动燃烧器,利用激光测试仪测定雾滴粒度和粒度分布,研究了脉动燃烧尾气流雾化料液过程中料液流量、料液粘度和脉动气流频率对雾滴粒度和粒度分布的影响规律.试验结果分析表明,料液流量35 L/h、脉动气流频率100 Hz、料液粘度适中时的雾化效果最好.     

主动调压型微孔壁管道流场特性数值仿真

为降低因管道阻力而导致的流体能量损失,实现流体增速效果,提出了一种主动调压型微孔壁面管道模型.在该模型中,微孔中的空气为液相流体提供边界约束,从而降低其输运阻力.增速效果可以通过控制微孔中的空气压力而调整.利用流体力学仿真方法,对管道内的流场特性及增速效果开展数值计算.结果表明:与相同条件直管道相比,平均增速比可达到2%~6%,最高超过了12%;增速效果在液相入口压力较低时更为明显,并随着气相压力的增加呈现先增强后减弱的趋势;气相压力对流速的有效调节范围随液相入口压力的增大而减小.微孔口气液界面处呈现小曲率对称型弯月面时可以实现增速效果,但弯月面呈现非对称弧形曲面时实现最佳增速效果的情况也存在.     

玛纳斯河流域荒漠植被单株茎干液流及光合蒸腾特性研究

植物茎干液流量可表征其蒸腾耗水量,反映植被水分传输状况,可用于计算植被生态需水量。以玛纳斯河流域古尔班通古特沙漠南缘典型荒漠植被梭梭、柽柳为研究对象,通过数据监测,研究植被茎干液流及光合蒸腾特性,分析气象因子及土壤含水率对茎干液流的影响。结果表明：（1）梭梭、柽柳茎干液流速率呈明显的昼夜变化规律,白天液流速率远高于夜间。（2）梭梭的净光合速率日变化模式为双峰型;柽柳为单峰型。（3）梭梭蒸腾速率的日变化有明显上升和下降过程,柽柳趋势不明显,呈小幅震荡。（4）液流速率变化与相对空气湿度呈负相关,空气湿度高时液流速率低;气温、总辐射与液流速率的变化趋势基本一致,液流速率随着气温或总辐射的增强而增大。（5）随着土壤含水率降低,液流速率降低。