喷嘴雾化技术进展

雾化技术几乎已经涵盖所有的工业领域，如交通运

输、农业生产，以及人民的日常生活，除了各种燃料（气体、液体和固体燃料）的燃烧外，雾化技术在非燃烧工业如催化造粒、食品加工、粉末涂覆、农药喷洒方面等也有着广泛的应用。本文主要针对液态燃料的雾化技术进行简要的介绍。

2液体的雾化机理学说

所谓液体的雾化就是指在外加能量的作用下，液体

在气体环境中变成液雾或其它小雾滴的物理过程。对于其雾化机理，已经有了多种解释，如空气动力干扰说，压力震荡说，湍流扰动说，空气扰动说，边界条件突变说等，现简要介绍如下

。

2.1

空气动力干扰说

Castleman最早提出了空气动力干扰说，他认为，由于射流与周围气体间的气动干扰作用，使射流表面产生不稳定波动。随速度增加，不稳定波所作用的表面长度越来越短，直至微米（

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1~2

4~6

机械雾化、介质雾化、特殊喷嘴雾化。

3.1机械雾化

机械雾化主要是靠燃油在压力差作用下产生的高速射流使燃油得到雾化，它又可细分为直射式、离心式和旋转式雾化，如图1所示。

图1机械雾化喷雾机理

直射式雾化和离心式雾化可统称为压力雾化。由于直射式主要依靠燃油的喷射达到雾化的目的，因此油压的要求比较高，而且喷孔直径越大雾化越粗，故喷孔直径不能太大，流量调节范围比较小。离心式雾化是利用高压液体经旋流装置产生的离心力产生液膜，被空气破碎而雾化。离心式雾化的效果优于直射式雾化，但是它同样需要较高的供油压力，因此它们都不适合于雾化高粘性燃油。

旋转式雾化大体上分为旋转体型和旋转喷口型两大

3.3特殊喷嘴雾化

特殊喷嘴一般采用超声波、电磁场、静电作用等原理进行雾化。

超声波雾化也称为超声振荡雾化，其雾化机理比较复杂，有关人士认为超声波雾化的原理是：超声波气流进入谐振腔产生高频压力波，该波传到液体表面引起振动产生超声波，由振动振幅所造成的波峰把液滴从表面分离和破碎，随着超声波频率的增加雾化液滴越来越细，一般在超声波的振动频率作用下可获得几微米级的燃料雾滴

。由于超声波的雾化性能一般要优于其它雾化方

式，其雾化滴径较小（在100

《工业加热》第34卷2005年第4期类，而旋转体形又分为转杯式和旋盘式。转杯式雾化是将燃油喷入圆锥形转杯的前端，借助高速旋转的转杯将燃油展成薄膜，由“离心力喷雾”和“速度喷雾”的综合作用而雾化燃油。在国内主要应用于工业炉和锅炉上。同理，旋盘式雾化是依靠高速旋转的圆盘来雾化燃油，它目前主要应用于喷雾干燥领域。小型燃气轮机的折流燃烧器上采用的离心甩油盘是典型的旋转喷口雾化，它的雾化质量主要是高速旋转产生的巨大离心力作用在贴壁燃油具有极高当量压强，使甩出的燃油径向速度特别高。

3.2介质雾化

介质雾化根据介质不同又可分为蒸汽雾化、空气雾化，根据雾化方式的不同又分为气动雾化和气泡雾化。

气动雾化依靠一定压力的气体（压缩空气或蒸汽）形成高速气流，使气体与燃油之间形成很高的相对速度以达到雾化的目的。其优点是可以在较低的供油压力下获

得良好的雾化效果，在使用高粘度燃油时仍然可以获得较高的雾化质量，并且工作状况可以在较大的范围内调节。

气泡雾化是20世纪80年代初由A.H.Lefebvre提出的一种新型气动雾化方式，它是把压缩空气以某种适当的方式注入到液体中，并使两者在喷嘴混合室内形成稳定的泡状两相流动，在离开喷嘴出口极短的距离内由于气泡内外压差的剧烈变化，促使它急剧膨胀直至破裂，从而将包裹在其周围的液膜进一步破碎成为更加细微的液雾颗粒，如图2所示。由于气泡雾化的耗气量少、雾化质量高、雾化效果基本不受出口直径影响，因此比较适合雾化重、渣油等高粘度液体燃料。

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《工业加热》第34卷2005年第4期速发展和广泛应用，人们开发了许多新的光学测试技术，如激光全息测雾技术、激光散射测雾技术、激光相位多普勒测雾技术等非接触式的测量方法等，都具有不干扰流场、时间和空间分辨率高的优点，实现了喷雾测量的三维性和实时性，为深入研究喷嘴提供了强有力的测试手段

。激光与计算机相结合，已成为现代光学的特

表1现代光学测雾方法比较

点，表1对各种现代的光学测雾方法进行了比较。

类别

原理

激光显成微照相像法

激光全息照相

绕射散射光原理

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仪器（方法）

激光显微照相机

马尔文粒子分析仪(Malvere)国产FAM仪

功能特点

应用

可测量雾滴滴径及速度(两

次脉冲曝光)仅可测5

m

可得到喷雾三维图像比显微照相的探测区大可测雾滴尺寸、速度分辨率2

m,200m/s

的雾滴仅限于测SMD分布，测量误差大可测雾滴尺寸、分布可测1～1800

/

14

8

8

《工业加热》第34卷2005年第4期步进式加热炉内钢坯水冷黑印的模拟研究

赵

燕，刘向军，李

霞，陈

雷

（北京科技大学热能工程系，北京

100083）

摘要：采用全隐式有限差分法，建立了步进式加热炉内钢坯温度场的数值计算模型，编制了钢坯加热过程的模拟软件。分别对不同

工况下的钢坯加热过程进行模拟计算，得到了滑轨结构、滑轨高度和滑轨质材等对钢坯出炉温度分布和黑印温差的影响。为消除黑印，提高钢坯加热质量提供了科学依据。关键词：加热炉；钢坯；水冷黑印；数值模拟中图分类号：TG306；TG307文献标识码：A文章编号：1002-1639(2005)04-0043-04

TheoreticalStudiesontheWater-coldedBlackMarkofSteelSlabinaWalkingBeamTypeReheatingFurnaceZHAOYan，LIUXiang-Jun，LIXia，CHENLei

（ThermalEngineeringDepartment,UniversityofScience&TechnologyBeijing,Beijing100083，China）

Abstract：Amathematicalmodelfornumericallysimulatingthetemperaturedistributionofsteelslabinawalkingbeamtypereheatingfurnaceisestablishedbyusingthefinitedifferencemethod.Acomputationalsoftwareforstudyingtheheating-upprocessofsteelslabisdeveloped.Theheating-upprocessesofsteelslabindifferentoperatingconditionsaresimulated，andtheeffectsofslidestructure,slidehighnessandslidematerialonthetemperaturedistributionarestudied.Theseresultsarereasonableandofferscientificbasesforresolvingtheblackmarkandoptimizingoperationofslabheating-up.

Keywords：reheatingfurnace；steelslab；water-coldedblackmark；mathematicalmodel

1前言

消除或减小“黑印”，一直以来是冶金工作者十分关注的一个问题。

本文对加热炉内钢坯加热升温过程进行数值模拟，并编制了钢坯温度场模拟软件。着重研究了水冷梁冷却效应对钢坯加热过程的影响，分析了钢坯黑印温差与水冷梁滑轨结构、滑轨高度和滑轨质材等的关系，并得到了不同工况下钢坯出炉温度分布和黑印温差比较结果。计算结果详细合理,为步进式加热炉的优化设计、消除水冷黑印提供了科学的依据。

与推钢式加热炉相比，步进式加热炉有着加热灵活、加热质量好、炉长不受、操作方便和便于实现自动化操作等优点，已经成为新建轧钢加热炉的首选炉型。但由于水冷梁的存在容易使钢坯留下水冷黑印，影响钢坯加热品质和其后的轧制质量。如何降低钢坯内部温差，

拟的不准确性，对燃油喷雾过程的数值模拟必须与试验

测量技术、流体力学理论、应用数学、计算机技术的发展紧密配合，充分吸取这些领域的成果，不断完善对喷雾过程的反映，而喷雾过程数值模拟的进步也能为相关领域的发展提供可参考的信息。

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