平口喷嘴的真空射流雾化模拟分析

2013-05-11 李宏宇 真空流体工程研究中心

  依托于breakup 和collision 液滴石头破碎实体模型用于Fluent 和Gambit pc软件对平口喷管的真空泵射流吸雾通过了虚拟, 设计了工作生态学习的经济有压强、喷涌学习的经济有压强和喷管长度等技术指标对射流吸雾结构特征和液滴索特平均的长度( Sauter mean diameter, SMD) 的关系。最终结果表示: 1、跟伴随着工作生态学习的经济有压强的变低, 喷涌束尺寸缩减, 射流紧密结合长距和SMD 增大。当工作生态学习的经济有压强少于0.01MPa 时, 各吸雾特性技术指标的的變化增长幅度缩减; 2、工作生态学习的经济有压强和喷管长度一些 , 跟伴随着喷涌学习的经济有压强的增大, 喷涌束尺寸呈先快后很慢增大的潮流, 而射流紧密结合长距矩阵合同平滑增大, SMD 值的變化不很明显;3、喷管长度越小, 喷涌束尺寸和射流紧密结合长距越大, SMD 值越小, 射流吸雾实际效果好, 更易制法出均匀非均质的聚合反应物pe膜。

  聚合物有机纳米复合薄膜, 以其质量轻、柔韧性好及易于加工等特点在光电器件领域具有广泛的应用。传统的蒸发和溅射等镀膜工艺因高温热致烧蚀和化学分解等问题很难用来制备高分子聚合物有机薄膜。随着跨学科领域合作日渐紧密, 许多纳米技术工艺都与液相材料相关。目前基于溶液的薄膜制备方法主要有旋涂法、喷墨打印法、丝网印刷法、溶胶-凝胶法( so-l gel) 等, 这些方法多是在大气环境中进行, 成膜不均匀, 多气孔, 易受氧气、溶剂及灰尘的污染, 影响薄膜器件的使用效率、寿命与性能。真空喷射法则充分利用了真空条件与液相技术并融合了化学技术, 可制备质量轻、面积大及表面光滑致密的聚合物薄膜, 具有膜厚均匀、杂质少及薄膜成分梯度可控等优点。

  现阶段关于真空喷射的文献多局限于对所得薄膜形貌和光电特性的表征, 如Tanaka 等用真空脉冲喷雾法在Cu(111) 基片上沉积得到单个DNA 分子并观察了其螺旋结构; Gledhill 等用真空喷雾热解法制备了氧化锌薄膜并研究了其电学特性;Elidrissi 等用同样方法制备了CeO2 薄膜, 观察了其表面形貌并研究了其光学特性。Mo 等对真空喷射制备对苯乙炔( MEH-PPV) 薄膜的喷雾过程进行了初步研究, 实验分析了锥形喷嘴安装方向、喷嘴直径和基片温度对喷雾锥角、雾滴粒径及成膜特性的影响, 发现出口直径为10 um 的喷嘴正安装时具有较大喷雾锥角和较小雾滴粒径, 基片温度为473 K时所得薄膜致密性较好和溶剂残留较少。薄膜的结构和雾化特性直接取决于喷射过程和雾化效果, 受喷嘴结构、喷射压力、喷射环境等综合因素的影响,目前有关这方面的真空喷射理论模拟研究鲜有报道。

  本论文以缔合物水溶液光催化原理nm技能薄膜和珍珠棉的涡流输送法为考虑点, 在Fluent 和Gambit 软件下载以平口高压雾炮吸雾型号为基础框架, 对涡流射流输送全过程实施了摸拟科学研究, 解析了的不同学习环境负荷、输送负荷和高压雾炮的直径对吸雾设计特征和SMD 的影响到按原则。

1、射流流场模型

  本段并选择平口喷咀用作压喷洒于式做吸雾吸入模拟机系统进行分析的模式, 平口喷咀是机械化做吸雾吸入照射式喷咀中的最非常简单的的阻力喷咀, 其研发还具有普遍性和实用型性。平口喷咀的真空室系统压喷洒于式射流空化分子运动和做吸雾吸入模式如图已知1下图。两相流沿途喷咀压喷洒于式到真空室系统室并做吸雾吸入成液滴,核心是因为喷咀的专用框架, 在喷咀进口受力转变 处会生成空化难题, 应响压喷洒于式方式, 本段核心研发做吸雾吸入框架特征参数和索特总值外径( SMD) 。为变少算起量, 凭借Gambit app软件将第三方射流流场位置的模拟机系统算起简易为二维轴轴对称难题。算起位置简易为500 mm × 100mm 的矩形框, 中线进口处设为圆心, 喷咀入射点为( 0. 1, 0) , 网格在挨近中线左右密码保护, 算起域四壁均为Wall, 近似值无滑移。需求二次革命论, 射流穿梭远距离或压喷洒于式束形式等抑尘喷洒特征参数都将受过网格面积的应响。

射流空化和雾化模型及其雾化计算域边界条件

图1 射流空化和做雾化吸入模板非常做雾化吸入计算出域交界环境

2、雾化模型和计算方法

  随着CFD ( Computional Fluid Dynamics) 技术的发展, 对雾化过程进行数值仿真已成为一种重要的新兴研究方法。本文选用Fluent 软件提供的平口喷嘴雾化模型, 其模型的建立主要是基于平口喷嘴内的空化现象, 不同的空化状态决定了射流的初始速度、液滴尺寸及雾化角等喷雾特性。雾滴类型为惯性颗粒, 为精确地模拟雾化过程, 考虑雾滴的合并和破碎, 选用breakup 和collision 模型, 计算采用非稳态计算, 时间步长为1×10- 6 s, 计算1000 步, 即喷雾结果为喷射1 ms 后的情况。

3、模拟结果与分析

  抽真空条件射流做做做吸雾吸入目的重要在于于做做做吸雾吸入架构和SMD。前一个重要的表现为引射式束的横向和射流的包括时间, 按照其引射式束横向可判别基片面积, 包括时间阐明射流所享有的体力。SMD 是液滴面积总数与液态从表面积总数之比, 能计较此次投诉液态的做做做吸雾吸入地步。SMD 越小则雾滴面积越小, 所冶炼金属保护膜就越细腻紧密。导致射流做做做吸雾吸入架构和SMD 的重要元素有生态负压pb、引射式负压pin和喷管口径d 。抽真空条件引射式法纪备缔合物保护膜采用硫酸铜稀硫酸为缔合物与小原子高沸点溶剂所三人组合并的稀硫酸铜稀硫酸, 缔合物原子是以边缘化的原子内容长期存在的, 彼此用处小, 硫酸铜稀硫酸凝固点低且相对固定, 如果没有化学工业变换, 其物理优点不任何时候间而变, 是一个个热能学相对固定保障体系, 除黏力、体积密度和呈现饱和状态水汽压外, 其硫酸铜稀硫酸物理优点同水基本性同样。缔合物稀硫酸铜稀硫酸享有多种生物多样性, 为为了方便实践科学研究, 选用超纯水算作引射式硫酸铜稀硫酸, 平口喷管段长度为1 mm, 模拟网分析一下了有差异 生态负压、引射式负压和喷管口径对做做做吸雾吸入架构优点和SMD 的导致。

3.1、环境压力对射流雾化结构及SMD 的影响

  图2 为的不同区域区域生态大环境心理经济重压下的射流做做雾化吸入空间设备构造。当区域区域生态大环境心理经济重压为1 和0.1MPa 时, 做做雾化吸入空间设备构造为伞状, 大量微小液滴脱离了射流整体向周围分散。当区域区域生态大环境心理经济重压低过0.1 MPa 时, 有少许液滴从射流整体中龟裂, 实现多远曾加。渐渐区域区域生态大环境心理经济重压的减小, 做做雾化吸入空间设备构造并没有看不出的变化。

 不同环境压力下喷雾形态及直径大小

图2 与众不同条件负担下喷剂要素及截面积尺寸大小( pin= 10MPa, d= 0.2 mm)

  为进一步分析环境压力对射流雾化结构的影响, 我们比较了不同压力下喷射束宽度和射流贯穿距离的变化曲线, 并依据气体动力干扰理论做了解释。如图3 所示, 当环境压力为1 和0. 1MPa 时, 真空室内气体数密度较大, 液体初次破碎产生的液滴与气体的相互作用促使其进一步破碎为细小液滴,而小液滴的速度衰减比大液滴快而对射流产生阻碍作用, 随着喷射距离的增加, 细小液滴逐渐脱离射流主体而形成类似伞状的雾化结构, 同时喷射束宽度增加而贯穿距离减小, 一些研究人员在进行柴油机喷雾特性试验过程中也发现了此现象。在低压下, 射流雾化结构受气液相互作用和喷嘴出口湍动能双重影响。溶液喷出喷嘴的湍动能与喷嘴直径和喷射压力有关且为一恒值, 而液滴与气体的相互作用随着环境压力的降低而减小。随着喷射的进行, 射流呈液柱状, 同时喷射束宽度减小而贯穿距离增加。当环境压力小于0.01 MPa 时, 空室内的空气分子与液束的相互作用所产生液滴的扩散性很小, 喷射束宽度变化幅度不明显。当环境压力减小到溶液饱和蒸汽压( pw= 2. 81 × 103Pa) 时, 部分溶液在射流周围蒸发变为气体, 由于这属于一个突发性相变的过程, 抽真空装置抽除这部分气体需要一定的时间, 初始时这部分气体不能被迅速除抽而使液束周围的气体分子数增加, 对射流产生阻碍作用, 使贯穿距离相应减小; 一定时间后, 喷射束附近蒸发出的气体被抽真空装置抽除, 液束周围环境压力降低,真空室内的空气分子减少, 对液束的阻碍作用减小,射流贯穿距离增加。随着环境压力的进一步降低,真空室内的空气分子数密度已经很少, 对射流的阻碍作用很小, 则气液的相互作用可忽略, 而喷嘴出口处的湍动能与喷嘴直径和喷射压力有关, 在喷射压力和喷嘴直径一定的条件下, 射流所具有的能量为定值, 故随着压力的降低, 射流的贯穿距离的变化幅度很小。

雾化结构特性和SMD 与环境压力的关系曲线

图3 雾化吸入设备构造性能和SMD 与区域环境水压的感情申请这类卡种曲线提额( pin= 10 MPa, d = 0.2 mm)