張金泉 張義 牛鵬宇

摘 要：噴射器是以小型汽油機(jī)和同軸高速離心風(fēng)機(jī)為動力源，產(chǎn)生低壓氣動力噴射粉末的裝置。利用實(shí)驗(yàn)測量與經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測相結(jié)合的方法，對噴射管不同管長改變時的噴射性能進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明：漸縮型噴射管管長的變化對噴射器噴射性能影響很小，在本文動力源給定的前提下，管長在1290mm時相對較好。

關(guān)鍵詞：噴射器；管長；實(shí)驗(yàn)研究

1 管型設(shè)計(jì)

噴射管管型見圖1

圖1 漸縮型噴射管示意圖

氣流入口直徑D=104mm、粉顆粒入口直徑dr=26mm、出口直徑為d2=64mm，本文隨機(jī)選擇噴射管長度為1090mm、1290mm、1490mm進(jìn)行研究。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?/p>

2.1 實(shí)驗(yàn)工作系統(tǒng)

圖2 實(shí)驗(yàn)工作系統(tǒng)圖

如圖2所示，工作系統(tǒng)主要由低壓噴射器、風(fēng)速儀組成。氣粉流速度由風(fēng)速儀直接測量，為氣粉流整體射流研究提供依據(jù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

調(diào)試實(shí)驗(yàn)平臺。對噴射器樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試，檢查各部件、管路，保證其正常工作。分別更換不同管長的噴射管，觀察不同管長噴射管噴射時的氣粉流擴(kuò)散角和速度變化趨勢，對遠(yuǎn)程流場利用風(fēng)速儀直接測量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證不同管長漸縮型噴射管的噴射性能。

（a）1090mm管長噴射擴(kuò)散角 （b）1290mm管長噴射擴(kuò)散角

（c）1490mm管長噴射擴(kuò)散角

圖3 不同管長噴射管擴(kuò)散角

3 結(jié)果分析

3.1 擴(kuò)散角對比分析

將兩種不同管型擴(kuò)散角進(jìn)行測量后，繪制表1。

表1 不同管長擴(kuò)散角

1090 1290 1490

實(shí)驗(yàn)值（°） 19.15 19.28 19.19

由表1可知，三種不同管長噴射管的噴射擴(kuò)散角很接近。

3.2 近口流場速度分析

近口流場速度以中心射流軸線速度的研究最有價值。利用高速攝影機(jī)采集圖像進(jìn)行分析，得到如表2所示的速度數(shù)據(jù)。

表2 近口流場速度數(shù)據(jù)

0.5 1.0 1.5 2.0

1090mm管長噴射速度（m/s） 64.7 48.5 33.1 31.2

1290mm管長噴射速度（m/s） 72.0 54.3 37.5 32.5

1490mm管長噴射速度（m/s） 69.1 48.2 40.9 32.7

將表2數(shù)據(jù)繪制成圖4。

（a） 1090mm管長近口流場速度 （b） 1290mm管長近口流場速度

（c） 1490mm管長近口流場速度

圖4不同管長噴射管近口流場中心射流軸線速度

由圖4可知，從近口流場速度分析，漸縮型噴射管的速度值高于漸縮直管型噴射管。

3.3 遠(yuǎn)程流場速度分析

利用風(fēng)速儀測量不同管長的噴射速度，以每5m為一個測量點(diǎn)，對25m以內(nèi)的距離進(jìn)行測量。速度數(shù)據(jù)見表3。

表3 近口流場速度數(shù)據(jù)

5 10 15 20

1090mm管長噴射速度（m/s） 15.1 3.7 2.0 1.8

1290mm管長噴射速度（m/s） 15.9 3.8 2.5 2.1

1490mm管長噴射速度（m/s） 17.1 4.0 2.5 2.0

由近口流場速度和遠(yuǎn)程流場速度分析可知，管長為1290mm和1490mm時，在遠(yuǎn)程流場20m處的速度很接近，說明這兩種管長的噴射管噴射性能均較好，只是管長為1290mm時噴射距離更遠(yuǎn)。

（a）1090mm管長遠(yuǎn)程流場速度 （c）1290mm管長遠(yuǎn)程流場速度

（e）1490mm管長遠(yuǎn)程流場速度

圖5不同管長噴射管遠(yuǎn)程流場中心射流軸線速度

4 結(jié)語

噴射器的噴射管管長發(fā)生變化時對噴射射程影響很小，在研究噴射管噴射性能時，幾乎可以忽略管長因素的影響。在動力源給定的前提下，漸縮型噴射管的管長在1290mm時，噴射性能相對較好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 樊建人，羅坤，金晗輝，等.直接數(shù)值模擬三維氣固兩相混合層中顆粒與流體的雙向耦合[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).2003（04）.

[2] 張東東，許宏慶，何楓.氣固兩相射流瞬時速度場和濃度場的PIV研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版.2003（11）：1491-1494.

[3] 李后軍，周俊杰，李曉倩.氣固噴射器的三維數(shù)值模擬[J].科技傳播.2010（16）：188-189.

[4] 石瑩，林顯臣.基于Fluent的氣固噴射器三維數(shù)值模擬研究[J].選煤技術(shù).2011（04）：19-23.

[5] 金秀章，陳小剛，吳元林.基于氣固兩相流體理論求解風(fēng)粉濃度[J].計(jì)算機(jī)仿真.2013（12）：121-124.

[6] 章利特，徐廷相.縮放噴管內(nèi)的氣固兩相流動和縮放噴管長度的研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào).2004（07）：702-704.

[7] 熊源泉，章名耀.加壓氣固噴射器輸送特性的試驗(yàn)研究[J].燃燒科學(xué)與技術(shù).2004（02）：130-134.