振動微錐孔式霧化器原理及冷卻應用研究.pdf

1、本課題得到了國家自然科學基金（項目編號：NO.51375227）的資助。霧化是將液體噴射進入氣體介質中，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)、農業(yè)及醫(yī)療中都有大量的應用。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動源，具有結構簡單、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)點而受到關注?，F有文獻對微錐孔霧化器的研究主要偏向于性能和應用的研究，對其霧化理論的研究卻較為缺乏。為了研究振

2、動微錐孔式霧化器的霧化機理本文在分析液體在微錐孔中流動過程的基礎上發(fā)現了霧化器的工作原理，在此基礎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用。研究工作為振動微錐孔式霧化器的優(yōu)化和改進提供了一定的理論基礎。具體研究內容如下：
　　1.發(fā)現了振動微錐孔式霧化器產生泵效應的原理。首先利用坐標變換的方法計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/漸縮流動的阻力特性的基礎上發(fā)現了微錐孔內產生的周期性容積變

3、化能夠驅動流體產生單相流動，將其稱之為動錐角的泵效應。為了驗證動錐角的泵效應本文搭建了霧化試驗平臺，分別對帶有錐形孔的霧化器和帶有直圓柱孔的霧化器進行了霧化性能試驗，同時研究了霧化器在不同諧振頻率下的霧化量。試驗發(fā)現通過錐孔正向產生的霧化量遠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；霧化器的霧化量隨著布撒器的變形復雜程度增加而增加。試驗現象證明了動錐角泵效應的存在。
　　2.計算了液體在微錐孔內的漸擴和漸縮流動特性。聯合

4、解析方法和數值計算的方法分析了雷諾數、錐角、長徑比和面積比等參數對流動阻力系數的影響，計算結果表明：漸縮流動的流動阻力系數僅受錐角大小的影響，隨著錐角的增加而減?。粷u擴流動的流動阻力系數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有影響；增加錐孔角度可以增強動錐角效應。研究結果給霧化器的優(yōu)化設計提供理論基礎。
　　3.計算了霧化液滴的產生過程。首先利用線性不穩(wěn)定原理和張力波破碎理論計算了霧化液滴大小并和現有文獻

5、數據進行了對比，發(fā)現這兩個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算了霧化液滴的形成過程，發(fā)現霧化液滴形成的主要原因是微錐孔內由布撒器振動產生的周期性負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。該計算可以為霧化器的液滴控制提供理論指導。
　　4.實驗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大、溫度控制穩(wěn)定等特點而廣受應用，而傳統(tǒng)的噴霧冷卻