基于穩(wěn)定域原理的液體燃料靜電霧化過(guò)程模擬研究.pdf

1、液體石化燃料是燃燒爐最常使用的原料。液體燃料的霧化效果直接影響到其使用效率，甚至?xí)褂妥旖Y(jié)焦，爐管局部結(jié)焦而出現(xiàn)熱點(diǎn)導(dǎo)致爆管事件;此外，未完全燃燒的液體燃料滴落在冷灰斗中，也可能形成可燃蒸汽云，產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)性。顯然，提高液體燃料的霧化效果對(duì)于改善燃燒效率、提高燃燒爐在使用過(guò)程中的安全性均具有非常重要的意義。
　　靜電霧化技術(shù)作為電流體力學(xué)的一個(gè)重要分支，近年來(lái)得到較快發(fā)展。靜電霧化過(guò)程中，首先使液體在電場(chǎng)中帶電，帶電液滴表面電荷

2、的庫(kù)侖斥力在克服表面張力后可進(jìn)一步形成更為細(xì)小的液滴，實(shí)現(xiàn)充分霧化。由于靜電霧化后的液滴帶有相同電荷，同種電荷間的庫(kù)侖斥力可以防止液滴的二次聚集，因此具有更好的霧化效果。
　　本文基于穩(wěn)定域原理對(duì)靜電霧化過(guò)程進(jìn)行模擬研究。通過(guò)對(duì)靜電霧化過(guò)程中的電流體力學(xué)理論、電壓、電流、粒徑等參數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的模型，并進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算。
　　采用ICEM進(jìn)行建模，并對(duì)霧化模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用FLUENT軟件對(duì)兩種腔室結(jié)構(gòu)內(nèi)

3、部的空間流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析。研究了氣體流速和腔室形狀對(duì)腔室內(nèi)部氣體流型的影響，得到了兩種腔室結(jié)構(gòu)下流場(chǎng)的穩(wěn)定域。在穩(wěn)定域條件下，采用多相流模型和DPM模型分別模擬液體在不同電壓下和不同表面張力下泰勒錐的形成過(guò)程和液滴在不同電壓、不同液體粘性、不同的液體表面張力下的二次霧化過(guò)程。
　　在使用DPM模型來(lái)模擬空氣場(chǎng)中的液滴霧化過(guò)程中，采用自行編制的電場(chǎng)力程序，用UDS加入電的方程，并通過(guò)UDF加入電場(chǎng)力對(duì)動(dòng)量方程的影響。結(jié)果表明，當(dāng)施加

4、在噴管上的電壓大小發(fā)生變化時(shí)，盡管泰勒錐的形狀會(huì)發(fā)生明顯改變，但是泰勒破碎形成的最初液體大小大致相同。液體性質(zhì)發(fā)生改變后，泰勒錐形狀和首次破碎液滴大小也會(huì)發(fā)生改變。電壓為2000V、3000V、5000V條件下對(duì)二次霧化過(guò)程進(jìn)行研究，證實(shí)在一定范圍內(nèi)提高電場(chǎng)強(qiáng)度可以明顯減小液滴的平均粒徑;降低液體的表面張力也可以顯著降低液滴平均粒徑;而液體粘性對(duì)形成的液滴粒徑的影響相對(duì)較小。本文的研究方法及得到的結(jié)果不僅為穩(wěn)定域原理在靜電霧化過(guò)程的模擬