【摘要】：霧化是將液體噴射進(jìn)入氣體介質(zhì)中,使之分散并碎裂成小顆粒液滴的過程。噴霧在我們的日常生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)及醫(yī)療中都有大量的應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)霧化器,振動微錐孔式霧化器采用壓電陶瓷作為其驅(qū)動源,具有結(jié)構(gòu)簡單、霧化效率高、可以霧化高粘度液體、霧化液滴顆粒小且分布均勻等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注�，F(xiàn)有文獻(xiàn)對微錐孔霧化器的研究主要偏向于性能和應(yīng)用的研究,對其霧化理論的研究卻較為缺乏。為了研究振動微錐孔式霧化器的霧化機(jī)理本文在分析液體在微錐孔中流動過程的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了霧化器的工作原理,在此基礎(chǔ)上分析了霧化液滴的形成過程,并研究了霧化器在噴霧冷卻中的應(yīng)用。研究工作為振動微錐孔式霧化器的優(yōu)化和改進(jìn)提供了一定的理論基礎(chǔ)。具體研究內(nèi)容如下:1.發(fā)現(xiàn)了振動微錐孔式霧化器產(chǎn)生泵效應(yīng)的原理。首先利用坐標(biāo)變換的方法計(jì)算得到了微錐孔在周期性振動中的體積變化規(guī)律,隨后在分析漸擴(kuò)/漸縮流動的阻力特性的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了微錐孔內(nèi)產(chǎn)生的周期性容積變化能夠驅(qū)動流體產(chǎn)生單相流動,將其稱之為動錐角的泵效應(yīng)。為了驗(yàn)證動錐角的泵效應(yīng)本文搭建了霧化試驗(yàn)平臺,分別對帶有錐形孔的霧化器和帶有直圓柱孔的霧化器進(jìn)行了霧化性能試驗(yàn),同時(shí)研究了霧化器在不同諧振頻率下的霧化量。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過錐孔正向產(chǎn)生的霧化量遠(yuǎn)大于反向的霧化量而直圓柱孔的霧化量大小則與方向無關(guān);霧化器的霧化量隨著布撒器的變形復(fù)雜程度增加而增加。試驗(yàn)現(xiàn)象證明了動錐角泵效應(yīng)的存在。2.計(jì)算了液體在微錐孔內(nèi)的漸擴(kuò)和漸縮流動特性。聯(lián)合解析方法和數(shù)值計(jì)算的方法分析了雷諾數(shù)、錐角、長徑比和面積比等參數(shù)對流動阻力系數(shù)的影響,計(jì)算結(jié)果表明:漸縮流動的流動阻力系數(shù)僅受錐角大小的影響,隨著錐角的增加而減小;漸擴(kuò)流動的流動阻力系數(shù)的大小主要由錐角的大小決定,但是長徑比和面積比同樣對流動阻力系數(shù)有影響;增加錐孔角度可以增強(qiáng)動錐角效應(yīng)。研究結(jié)果給霧化器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。3.計(jì)算了霧化液滴的產(chǎn)生過程。首先利用線性不穩(wěn)定原理和張力波破碎理論計(jì)算了霧化液滴大小并和現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)主要的霧化理論都不適用于振動微錐孔式霧化器;隨后利用邊界元法計(jì)算了霧化液滴的形成過程,發(fā)現(xiàn)霧化液滴形成的主要原因是微錐孔內(nèi)由布撒器振動產(chǎn)生的周期性負(fù)壓對噴出液體的拖拽作用。最后研究了錐角大小、錐孔的壓力大小及頻率等因素對液滴形成的影響。該計(jì)算可以為霧化器的液滴控制提供理論指導(dǎo)。4.實(shí)驗(yàn)研究了振動微錐孔式霧化器的噴霧冷卻特性。噴霧冷卻由于其對流換熱系數(shù)大、溫度控制穩(wěn)定等特點(diǎn)而廣受應(yīng)用,而傳統(tǒng)的噴霧冷卻一般采用壓力噴霧系統(tǒng)。本文搭建了以旋轉(zhuǎn)發(fā)熱管作為模擬發(fā)熱源、振動微錐孔式霧化器作為霧化源的噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)平臺,研究了霧化量、霧化高度、驅(qū)動頻率、發(fā)熱管轉(zhuǎn)速等參數(shù)對噴霧冷卻性能的影響。研究結(jié)果表明霧化器在霧化量為2.56 ml/min時(shí)可冷卻的最大熱量為60.13 W,霧化量和噴霧高度對噴霧冷卻性能的影響明顯,其中噴霧高度對噴霧冷卻性能的影響最終主要還是反應(yīng)在霧化量上,而驅(qū)動頻率和發(fā)熱管的轉(zhuǎn)速等參數(shù)對噴霧冷卻性能的影響很小。
[Abstract]:On the basis of analyzing the flow process of micro - cone - hole atomizer , it is found that the flow resistance coefficient of micro - cone is much larger than that of reverse atomization , and the effect of atomizer in spray cooling is studied .
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH69

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本文編號：2139236