一种文丘里雾化喷嘴设计

一种文丘里雾化喷嘴设计
陈姣;袁舒欣;杨刚;唐亚鸣
【摘要】气泡雾化喷嘴是一种新型的雾化喷嘴，相比常规的雾化喷嘴具有雾化质量高、耗气量小等优点，逐渐引起人们的重视。

由于空气雾化喷嘴结构形式复杂多样，因而必须根据具体的用途进行特定的设计。

通过分析喷嘴的设计要求并根据设计要求比较了几种常见类型的喷嘴，最终选择采用文丘里管形式的干雾喷嘴。

通过理论分析、计算和数值求解，对文丘里雾化喷嘴的结构进行了具体的设计，重点介绍了断面形状的选择和供水方式的选择，最后确定喷嘴结构各部分加工尺寸，构建出文丘里雾化喷嘴的三维模型。

%As a new-style nozzle, effervescent atomizer has more benefits like the high quality spray and the low air consump-tion when it is compared to the other nozzles;therefore, it attracts more and more attention.It is necessary to design the nozzle based on its actual usage because the structures of spray nozzles are various.The design requirements are analyzed and several kinds of nozzles are compared according to the requirements, then the nozzle of the Venturi tube is selected.The structure of spray nozzle based on Venturi tube is designed through theoretic calculation and numerical resolution, it stressed on the selec-tion of the section shape and the type of water supply.Finally, the size of each part of nozzle is determined and the 3D model of the spray nozzle based on Venturi tube is designed.
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】3页(P114-115,120)
【关键词】空气雾化;干雾;喷嘴;文丘里管
【作者】陈姣;袁舒欣;杨刚;唐亚鸣
【作者单位】河海大学机电工程学院，江苏常州213022;河海大学机电工程学院，江苏常州 213022;河海大学机电工程学院，江苏常州 213022;河海大学机电工程
学院，江苏常州 213022
【正文语种】中文
【中图分类】TH138.83
0 引言
空气雾化是雾化的另一种手段，其原理是借助于高速空气射流与液体的摩擦、剪切等作用，产生非常均匀和最细密的雾化效果。

一般空气雾化喷嘴的平均的雾化液滴直径可达50μm以下。

但空气雾化喷嘴结构形式复杂多样，必须根据具体的用途
进行特定的设计。

空气雾化喷嘴主要包括气体辅助雾化喷(Air－assist Atomizers)、气泡雾化喷嘴(Effervescent Atomizers)和气哨喷嘴几种形式［1～2］。

通过对水雾捕尘的分析，干雾喷嘴必须满足以较低的气耗率得到细微的雾化液滴，在此借鉴前人研究成果的基础上，笔者将进行理论计算和数值求解，具体设计干雾喷嘴结构。

1 喷嘴总体结构设计
根据气雾喷嘴的性能参数与功能要求，其设计需要满足以下要求。

(1)具有良好的雾化性能，雾化颗粒粒径要≤10 μm，分布尽可能均匀。

(2)气耗率是衡量喷嘴使用经济性的一个重要指标。

因此在保证雾化性能的前提下，要尽可能地降低气耗率。

(3)合适的雾化角和射程。

雾化角和射程对喷嘴的数量与布置有着很大影响，一定的雾化角度和射程可以使得喷雾覆盖除尘空间。

(4)防堵性能，保证长期连续工作。

从防堵的角度，喷嘴结构要简单，出口口径不能过小，最好还可以实现自清洗防堵的功能。

(5)满足一定的强度要求，足以承受工作中的压力载荷。

(6)具有较长的使用寿命。

当水与压缩空气进行动量交换，会对喷嘴进行磨损，特别是水气混合口及喷嘴出口处，所以喷嘴的材料应具有一定的抗磨损能力以保证使用寿命。

图1展示了气泡式雾化喷嘴的示意图，国内外已经对气泡雾化喷嘴做了较多的研究，从文献［3］刘联胜和文献［4］梁晓燕所研究的气泡雾化喷嘴来看，其最小SMD都在20μm左右，尚不能满足干雾抑尘的要求，故本文不采用气泡式雾化喷嘴。

图2是Y型喷嘴结构简图，属于气助式喷嘴，气耗率高，SMD也不满足。

图3、图4是气动喷嘴，依靠气体强大的速度动能对液滴破碎雾化，也可以得到很好的雾化效果。

A型喷嘴是液体走中间通道，空气走环形周向;B型则正好相反。

为了得出更细微的水雾，满足设计要求，需要充分利用高速气体射流，因此气体走中间通道，保证气体流向不变，选择B型结构，但这种结构必须改进，以大大减少液体额定流量，增强雾化性能。

最终，确定喷嘴总体结构如图5所示，中间气体通道采用文丘里管［5］。

图1 气泡式雾化喷嘴
图2 Y型喷嘴
图3 气动型喷嘴A
图4 气动型喷嘴B
图5 总体结构示意图
为了得出更细微的水雾，满足设计要求，需要充分利用高速气体射流，因此选择气
体走中间通道，所以选择B型结构，但这种结构必须改进。

为了减少液体额定流量，使液气两相进行充分混合，并增强雾化性能，所以中间气体通道选择文丘里管形式。

文丘里管构造有多种形式。

按断面形状分为圆形、环形和方形三种;按供水方式可分为径向内喷、轴向喷水和溢流供水三类;按喉管直径的可调节性分为可调的和固定的两类;按液体雾化方式可分为预雾化型和非雾化型。

文丘里管的总体结构示意图如图6所示。

图6 文丘里管示意图
2 断面形状的选择
为使水流喷射达到一定的距离，喉管应根据需要选择不同的截面。

常用的截面形状有圆形，环形和矩形，如图7所示，图7(a)是圆形，(b)是环形，(c)是矩形，后两种主要适用于大风量的情况下，因此，本设计采用圆形的喉管形状如图7(a)。

文丘里管的内表面是一个对称于旋转轴线的旋转表面，该轴线与管道轴线同轴。

对于文丘里管的其他部分的设计，收缩段是一个圆锥形管道，锥度根据工作情况而定，扩散段也是一个圆锥形管道，但是锥度没有收缩段大，因为扩散段锥度和长度会影响液气混合体的状态，也会影响整个管道的效率。

图7 文丘里喉管断面形状
3 结构设计
为使分散的液滴与气流的相对速度最大，对供水方式的主要要求是使液滴在喉部整个截面上尽可能快地均匀分布，供水方式主要分为径向内喷、轴向喷水和溢流供水三类，研究发现，径向内喷适用于小流量的情况下，因此本设计采用径向内喷的供水方式。

综合以上主要要求和结构的选择，最终选定的文丘里管的总体结构如图8所示。

文丘里喷嘴的主要部分设计已经完成，为了方便加工和拆卸，将文丘里气管分段加
工。

最终，按照以上所设计的喷嘴结构和计算尺寸，运用三维设计软件SolidWorks建立了喷嘴的三维建模，其外形图和剖面图分别如图9所示。

其中，环形液膜水道间隙h=(D1－D2)/2=(42－22)/2=5 mm，注入液体小孔的
直径d=4 mm，数目N=4，周向环形均匀布置。

连接部分为螺纹连接，在文丘里管底部有密封圈。

式中:Q为转向系统转向流量L/min;n为方向盘转速，通常取1 ～1．5 r/s。

3．5 确定油泵供油量Q b
式中:Q b为转向泵的流量，L/min;Q a为辅助工作系统需要的流量，L/min。

当转向系统与辅助工作系统同时工作时，油泵供油量应等于两系统需要的最大流量之和。

但是，一般系统不会同时要求两系统最大流量，因此，油泵供油量可根据具体情况选小些。

当两系统不同时工作时，油泵供油量只要稍大于两者之中的较大值。

为了保证发动机怠速时转向泵也有足够的流量转向，转向泵在发动机额定状态下的流量还应大于转向系统转向流量Q的3倍。

所以，按上述计算完成设计后，转向
泵的排量q B按式(12)进行验算:
式中:q B为转向泵的排量，mL/r;n r为柴油机额定状态时转向泵的转速，r/min。

参考文献:
［1］郁录平．工程机械底盘设计［M］．北京:人民交通出版社，2004．
［2］吉林工业大学．工程机械液压与液力传动［M］．北京:机械工业出版社，1979．。