自激振荡脉冲射流喷嘴雾化特性试验研究.doc

3 李 坤，杨家军五自由度焊接机械手的运动学研究J机械工程师，2007(4)：20-21.6 John P. Delbert Tesar. Pipelined computation of manipulator mod-(收稿日期：2009-12-22)自激振荡脉冲射流喷嘴雾化 特性试验研究*李辉* 唐川林胡东湖南工业大学水射流研究所 湖南株洲 412008摘要：试验采用了 S D150 测试系统和数码摄像技术，对自激振荡脉冲射流和连续射流的时域和频域 特性进行了分析。研究了雾化锥角、雾化距离及雾化粒度与泵压的变化规律。试验结果表明，泵压升 高，雾化锥角和雾化距离增大，雾化粒度减少。与连续射流相比，脉冲射流的雾化质量更高。 关键词：自激振荡脉冲射流；雾化；喷嘴；泵压中图分类号：TD989文献标识码：A论文编号：1001-3954(2010)08-0031-04Experimental study on the atomization characteristic of the self-excited oscillation pulsed jet nozzleLI HuiTANG ChuanlinHU DongInstitute of Water Jet, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412008, Hunan, ChinaAbstract：Using SD150 testing system and digital photographing technology, the paper analyzes the time do- main and frequency domain characteristic of self-excited oscillation pulsed water jet and continuous jet. It also studies variation of spray angle, spray distance, atomized particle size with the pump pressure. The test results demonstrated that the increase in pump pressure will lead to the increase in spray angle and spray distance as*国际科技合作资助项目 (2008DFA70300)*作者简介：李 辉，男，1982 年生，硕士，研究方向为高效射流理论及应用研究。 快速计算出机械手的末端位姿及各关节转角，避免了 大量的矩阵求逆运算，简化求解过程。(2) 用 ADAMS/ View 软件的测量和仿真功能，在 设计初期就可以发现系统存在的问题，从而及早对系统结构参数进行修改，达到缩短机械手设计周期的目的。参 考 文 献1 刘宏伟基于 ADAMS 的五自由度机器人运动学仿真J机图 9 关节 6 角位移曲线电产品开发与创新，2008，6(21)：42-44.Fig 9 Angular displacement curve of joint 62陈立平，张云清，任卫群，等机械系统动力学分析及 AD-生成各个关节的关节角位移曲线，如图 49 所示。AMS 应用教程M北京：清华大学出版社，2005.由上述关节角位移曲线可知，机械手在整个轨迹运动过程中，各关节角度的变化都比较平稳，无剧烈4 郑建荣ADAMS 一虚拟样机技术入门与提高M北京：机振动现象，因此可以验证前面计算的运动学数学模型械工业出版社，2003.的正确性。另外，关节 4 的关节角度变化十分微小，5 崔 吉，张燕超一种六自由度机械手的运动学分析J机可以认为连杆 3 与连杆 4 之间是无相对运动的。械，2009(11)：16-19.eling matricesJ. Journal of Robotics and Automation，2001，3结语6(12)：556-566.(1) 用 D-H 法建立了机械手的运动学模型，可以(修改稿日期：2010-01-13)液体射流雾化研究是能源动力、化工、农业和速器和增压泵组成；测试系统由数码摄像机、测试底底盘 12. 传感器 13. 信号分析系统 14. 计算机根据该研究的复杂性和现有的试验条件，主要从以下 2 个方面对射流的雾化特性进行研究： 比较连图 1 连续射流喷嘴振作用下产生的脉冲射流在下喷嘴射出。连续射流喷嘴的直径 d 和自激振荡脉冲射流上喷嘴直径 d p2.1连续射流与自激振荡脉冲射流的时域振荡脉冲射流上喷嘴的流量系数；q 为泵的流量。4，其频域特性见图 5。well as the decrease in atomized particle size. Contrasted with continuous jet, the atomization quality of the self-excited oscillation pulsed water jet is much better.Keywords：self-excited oscillation pulsed water jet; atomization; nozzle; pump pressure液 体射流是自然界和工程中大量存在的现象。 水泵、水箱和蓄能器组成；增压器部分由电动机、减 环境工程中一个典型的多相流与传热传质课题，在液 盘、传感器、信号分析系统和计算机组成。增压泵将 体燃料的雾化燃烧、杀虫剂的喷洒、抑制火灾蔓延、 抽取的水加压后流经蓄能器，然后将消除脉动具有稳 冷却空气、工艺清洗以及除尘控制等方面都有着广泛 定压力的水引入射流发生器，然后冲击测试底盘，最 的应用1, 2。为了改善液体的雾化质量，可以提高液 后由安装在测试底盘上的传感器将射流动能转化为压 体的喷射压力，但在改善液体雾化质量的同时也会产 力能，并用 SD150 测试系统进行分析，分析完毕之后 生一些新的问题，如系统可靠性降低及成本提高等。 再通过数码摄像机进行射流喷雾图像采集。因此，要在较低的喷射压力下改善液体射流雾化质 量3，自激振荡脉冲射流的雾化特性研究就是主要问 题。自激振荡脉冲射流是流体在合适的结构装置中， 利用其自身的扰动 放大 反馈系统，将连续射流 转化为间断射流的流体形式4, 5。但是还没有学者研 究过脉冲射流喷嘴的雾化特性，该试验研究就是在低 喷射压力下自激振荡脉冲射流的雾化特性。1 试验装置及测试系统 1. 溢流阀 2. 水箱 3. 水泵 4. 电动机 5. 减速机 6. 增压泵试验采用的连续射7. 压力表 8. 蓄能器 9. 数码摄像机 10. 射流发生器 11. 测试流和脉冲射流喷嘴如图 图 3 射流雾化试验装置示意1、2 所示。脉冲射流喷 Fig 3 Schematic of experimental system for jet atomization嘴的水经上喷嘴射入振荡腔，在振荡腔室的谐Fig 1 Continuous jet nozzle续射流与自激振荡脉冲射流的时域特性与频域特性； 比较连续射流与自激振荡脉冲射流的雾化锥角、由式 (1) 确定6。 雾化距离、雾化粒度与泵压之间的变化关系。d = 0.69q，(1)2试验结果及分析式中：p 为额定泵的额定压力； 为连续射流或自激 特性与频域特性图 3 为射流雾化试验装置示意图。供水部分由连续射流与自激振荡脉冲射流的时域特性见图由图 4 可看出，连续射流几乎不存在波动，波动 幅值相当小，但存在射流的紊动。相对于连续射流， 自激振荡脉冲射流存在显著的波动，且自激振荡脉冲 射流压力峰值高于连续射流，其脉动率为 70%，较大1. 上喷嘴 2. 下喷嘴图 2 自激振荡脉冲射流喷嘴Fig 2 Self-excited oscillation pulsed water jet nozzle(a) 连续射流图 4 连续射流与自激振荡脉冲射流的时域特性响是通过射流速度作用的，射流速度与雾化角的关系如下8。 4 g 2Fig 5 Contrast between the frequency domain of the self-2A 1 地改善了液体的喷射压力。由图 5 可知，自激振荡脉gB =。(4)2.2射流雾化特性试验雾化粒度是评价喷嘴雾化质量的一个重要参数， 采用索特尔液滴平均直径 (Sauter Mean Diameter， u体黏性系数； 为液体表面张力；fm(B) 为 B 的函数。continuous jet其中喷射速度主要取决于喷射压力，当系统压力较低 时，液体喷射速度较小，使气液相对速度减小，气动 作用减弱，液膜破碎后形成较粗的液滴；当系统压力 较高时，液体喷射速度较大，使气液相对速度增大，(b) 自激振荡脉冲脉冲射流气动作用增强，液膜破碎后形成较细的液滴。液膜破Fig 4 Contrast between the time domain of the self-excited碎后形成的液滴还可以进行二次雾化，生成更小的液 oscillation pulsed water jet and that of continuous jet体颗粒。韦伯数对二次雾化有重要影响，它反映着气 动压力与液体表面张力之间的竞争，当外部气动压力 大于液体表面张力时，韦伯数越大，那么液滴再次破裂的可能性就增加，射流的雾化质量就越高。自激振 荡脉冲射流可以提高液体的的喷射压力，所以在相同(a) 连续射流 的系统压力下，与连续射流相比雾化效果会得到较好 的改善。图 7、8 为 2 种射流条件下，雾化锥角与雾化距 离随系统压力的变化关系。由图 7 可知，压力的增加 会导致 2 种射流的雾化角度增大。压力对雾化角的影(b) 自激振荡脉冲脉冲射流图 5 连续射流与自激振荡脉冲射流的频域特性excited oscillation pulsed water jet and that of continuous jet1tan= fm (B) ，(3)冲射流为低频高幅振荡射流。 21 1 0 式中：B 为液滴形状参数；A 为试验拟合常数； 1， S M D) 描述雾滴平均尺寸7，是指液雾内全部雾滴与 g 为液体和气体的密度；u0 为射流喷射速度； 1 为液总表面积的比值，S M D 愈小，表示相同体积的液滴 具有的表面积越大，雾化效果越好。SMD = 0.643 064 0.9p-0.9。(2)式中： 为液体密度；p 为喷射压力。由式 (2) 可知，SMD 对喷射压力极为敏感，随喷 射压力的升高呈接近倒数关系下降。连续射流与自激振荡脉冲射流雾化粒度 (S M D) 的对比如图 6 所示。(a) 脉冲射流 泵压 1 MPa(b) 脉冲射流 泵压 3 MPa图 7 雾化锥角随泵压的变化规律Fig 7 Variation of spray angle with pump pressure当压力达到 8 MPa 时，雾化角变化缓慢并趋于稳 定。所以，压力对雾化角的影响是有限的，应根据实(c) 连续射流 泵压 1 MPa(d) 连续射流 泵压 3 MPa际需要，不能盲目追求更高的压力。图 6 连续射流与自激振荡脉冲射流的 SMD由图 8 可知，两种射流的雾化距离随压力增大而Fig 6 SMD of the self-excited oscillation pulsed water jet and增大。在压力 7 MPa 时，雾化距离逐渐趋于 要因素有液体的表面张力、喷射速度和黏性系数等。稳定。并且脉冲射流明显比连续射流的雾化距离大。可见，喷射压力越大，转化为雾化颗粒的动能越大，4 廖振方，唐川林自激振荡脉冲射流喷嘴的理论分析 J重3结论研究 J机械工程学报，2002，38(9)：17-21.(修改稿日期：2010-01-13)基于 SolidWorks 的锅炉给水泵的 虚拟装配及运动仿真吴贵军* 赵成刚国秀丽安阳工学院 河南安阳 455000摘要：介绍了锅炉给水泵的基本构成与主要零件，并利用 SolidWorks 建立锅炉给水泵零件的模型，进 行计算机虚拟装配。从而实现了干涉检查和运动仿真，提高了设计效率和设计质量，降低产品开发成 本，缩短了产品开发周期。关键词：SolidWorks；锅炉给水泵；虚拟装配；运动仿真中图分类号：TP333.96文献标识码：B 论文编号：1001-3954(2010)08-0034-04Virtual assembly and kinematics simulation of boiler feedwater pump based on SolidWorks*作者简介：吴贵军，男，1980 年生，讲师，从事 CAD/CAM 教学研究工作。 (2) 雾化距离和雾化锥角同系统压力的变化趋势 一致，当压力继续增大时，变化幅度逐渐变缓并趋于稳定 。(3) 压力对雾化粒度 (SMD) 的影响比较显著。系 统压力增大，雾化粒度 (S M D) 变小，随喷射压力的 升高呈接近倒数关系变化。参 考 文 献1 陈 斌，郭烈锦，张西民，等喷嘴雾化特性试验研究J工程热物理学报，2001，23(2)：237-240.2 刘乃玲，张 旭，杨建坤压力式细雾喷嘴流量特性试验研图 8 雾化距离随泵压的变化规律究J暖通空调，2005，35(9)：119-121.Fig 8 Variation of spray distance with pump pressure3 杜 青，刘 宁，杨延相，等受激液体燃料射流表面波规 律初探J内燃机学