基于ANSYS的喷雾器喷嘴流场仿真研究【含有限元】【说明书+CAD+PROE】
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基于ANSYS的喷雾器喷嘴流场仿真研究【含有限元】【说明书+CAD+PROE】,含有限元,基于,ANSYS,喷雾器,喷嘴,仿真,研究,有限元,说明书,CAD,PROE
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江苏大学硕士学位论文自吸喷雾磁化降尘研究姓名：许冬花申请学位级别：硕士专业：安全技术及工程指导教师：马中飞20100606江苏大学硕士学位论文摘要众所周知，粉尘污染是世界公害之一。粉尘污染对人类和环境的影响是多方面的，如对人造成毒害和刺激，降低能见度，引起设备磨损腐蚀，对农作物、草原、牲畜生长造成危害，对环境卫生影响突出。现还有很多工业门类产生或受到粉尘的污染，如冶金、轻工、机械、陶瓷、煤炭、建材、电力、石油化工以及粮食粉碎、加工等行业，虽然经过不断的改造，采用新技术、新材料、新工艺，生产环境逐步得到改善，粉尘危害得到了一定的控制，但其根本问题并未彻底解决。因此，为了减轻和防止粉尘的危害，在采用现有技术的同时，不断研究新的降尘技术，对净化环境、保护员工的身体健康，使企业实现安全生产和持续稳定健康发展具有很强的现实意义。本文采用理论和实验相结合的办法。在对自吸式喷雾降尘的基本理论深入分析的基础上，包括喷雾捕尘机理、喷嘴雾化机理、自吸喷雾雾化过程及喷雾器设计依据、喷雾器雾化特性指标以及影响除尘效率的因素，再对自吸喷雾磁化水降尘机理进行了理论探讨，分析了纯水的结构以及水被磁化后其物化特性的变化，磁场对流过磁场的水的作用以及磁化水对捕尘效果和雾化性能的影响等，并对影响自吸喷雾降尘的因素从磁化喷雾角度进行了研究。然后进行了自吸喷雾磁化水粒子特性实验研究。在前人研究的基础上，选择了合理的磁化方式并运用射流泵和文丘里管的基本理论，确定了自吸喷雾磁化喷雾装置及其结构参数。通过对雾滴粒径S M D分布的测定，得出了磁化水喷雾液滴的粒径小于普通水喷雾的粒径；分别磁化液滴的S M D 稍大于同时磁化时的；随着水压增大，液滴的粒径呈下降趋势，但并不与水压的变化成比例关系。由轴向速度分布江苏大学硕士学位论文的研究发现：液滴的粒径与其轴向速度之间存在对应的关系，即液滴的粒径越大，则其轴向速度也越大；而且雾滴的轴向速度和粒径符合五次多项式拟合衄线，但其参数则根据具体的条件而定。最后对自吸喷雾磁化降尘效率进行了实验研究，主要比较了单喷嘴喷雾与自吸式喷雾、自吸磁化喷雾与普通自吸喷雾的降尘效果。在相同水压下，自吸式喷雾方式总粉尘降尘效率要比单喷嘴的高；自吸磁化喷雾的降尘效果优于普通自吸喷雾；磁化位置影响喷雾降尘效果。本文实验结果与理论分析结果一致：磁化喷雾有利于提高喷雾的雾化性能和降尘效率，具有一定的参考价值。关键词：自吸喷雾，磁化，降尘效率，雾化特性，S M DA B ST R A C TI tw e l lk n o w nt h a td u s ti so n eo fp u b l i cp o l l u t i o ni nt h ew o 订d T h ed u s tp o l l u t i o na f f e c t sm a n ya s p e c t so fh u m a na n de n v i r o n m e n t s u c ha st o x i c o l o g i c a la n ds e n s o r ye f f e c t so nh u m a n s ，a g r i c u l t u r a lc r o p s ，g r a s sa n dl i v e s t o c k ，r e d u c t i o no fv i s i b i l i t y , a n da b r a s i o na n dc o r r o s i o no fm a t e r i a l s M a n yi n d u s t r ya c t i v i t i e sc o u l dg e n e r a t ed u s tp a r t i c l e sa n ds u f k r r o mi t s u c ha sm e t a l l u r g y , l i g h ti n d u s t r y , m a c h i n e r y , c e r a m i c s ，c o a lC h a r C o a l b u i l d i n gm a t e r i a l s ，e l e c t r i cp o w e r , p e t r o c h e m i c a la n df o o dc r u s h i n g ，p r o c e s s i n ga n do t h e ri n d u s t r i e s D e s p i t ec o n t i n u o u st r a n s f I o n n a t i o n si n c l u d i n gn e wt e c h n o l o g i e sa n dn e wm a t e r i a l sh a v eb e e nd o n e a n dp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n th a sg r a d u a l l yi m p r o v e da n dd u s th a z a r dh a sb e e nc o n t r o l l e dt os o m ee x t e n t ，d u s tp o l l u t i o np r o b l e mh a sn o tb e e nt h o r o u g h l vr e s o l v e d S ow h i l ew ea r eu s i n gt h ee x i s t i n gt e c h n o l o g i e s w es h o u l dc o n s t a n t l ys t u d yn e wd u s t s e t t l i n gt e c h n o l o g yt or e d u c ea n dp r e v e n td u S th a z a r d s I ti sp r a c t i c a l l ys i g n i f i c a n tf o re n v i r o n m e n tc l e a n u p e m p l o y e e s ，h e a l t ha n ds a f ep r o d u c t i o na n ds t e a d yd e v e l o p m e n to fe n t e r p r i s e s T h i sa r t i c l eu s e dt h em e a n sw h i c hu n i f i e st h et h e o r ya n dt h ee x p e r i m e n t B a s e do nd e p t ha n a l y s i so ft h eb a s i ct h e o r i e so fd u s t s e t t l i n gb ys e l f - i n h a l es p r a y , i n c l u d i n gs p r a yd u s tr e m o v a lm e c h a n i s m n o z z l ea t o m i z a t i o n ，s p r a y e rd e s i g n ，s p r a ya t o m i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i e si n d i c a t o r sa n dd u s tr e m o v a le f f i c i e n c yf a c t o r s A n dt h e nt h e o r e t i c a l l yd is c u s s e dd u s ts u p p r e s s i o nm e c h a n i s mw i t hm a g n e t i z e dw a t e ra n ds e l f - i n h a l es p r a y , a n da n a l y z e dt h es t r u c t u r eo fp u r ew a t e r , c h a n g e so fi t sb a s i cp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa f t e rw a t e rm a g n e t i z e d ，e f f e c t so fm a g n e t i cf i e l dt Ow a t e r , t h ei m p a c to fm a g n e t i z e dw a t e ro nt h ed u s tr e m o v a la n da t o m i z a t i o np e r f o r m a n c e W ea l s os t u d i e dt h ef a c t o r sw h i c ha f r e c td u s ts u p p r e s s i o no f s e l f - i n h a l es p r a y e rf r o mt h ep o i n to f m a g n e t i z a t i o n Jh e nw ec o n d u c t e de x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho ns p r a yp e r f o r m a n c e 江苏大学硕士学位论文B a s e do np r e v i o u sr e s e a r c h ，w es e l e c t e dar e a s o n a b l em a g n e t i z a t i o nw a ya n dd e t e r m i n e ds p r a yd e v i c ea n di t ss t r u c t u r a lp a r a m e t e r sb yu s i n gb a s i ct h e o r i e so fj e tp u m p sa n dv e n t u r i t u b e T h r o u g hm e a s u r e m e n to fp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ( S M D ) ，w eo b t a i n e dt h a tm a g n e t i cd r o p l e ts i z ei ss m a l l e rt h a no r d i n a r ys p r a y ；d r o p l e t sS M Dm a g n e t i z e di nd i f f e r e n tp l a c ei ss l i 曲t l yl a r g e rt h a nw h i c hm a g n e t i z e dt o g e t h e r ；a st h ep r e s s u r ei n c r e a s e s ，h ed r o p l e ts i z ed e c r e a s e s ，b u tn o ti np r o p o r t i o n a lr e l a t i o n s W h e na n a l y z e dt h ea x i a ld i s t r i b u t i o nv e l o c i t y , w ef o u n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ed r o p l e ts i z ea n di t sa x i a ld i s t r i b u t i o nv e l o c i t y , i tm e e t sf i v et i m e sp o l y n o m i a lf i t t i n gc u r v e ，b u ti t sp a r a m e t e r si su n d e rs p e c i f i cc o n d i t i o n s F i n a l l y , d u s ts u p p r e s s i o ne f f i c i e n c yb ym a g n e t i z e dw a t e ra n ds e l f - i n h a l es p r a yw e r es t u d i e d M a i n l yc o m p a r e ds i n g l e - n o z z l es p r a yw i t hs e l f - i n h a l es p r a y , a n dc o m p a r e ds e l f - i n h a l es p r a yw i t hm a g n e t i z e ds e l f - i n h a l es p r a y W ec o n c l u d e dt h a tu n d e rt h es a m ep r e s s u r e ，o v e r a l ld u s t - s e t t l i n ge f f i c i e n c yo fs e l f - i n h a l es p r a yi sh i g h e rt h a nt h a to fs i n g l e - n o z z l es p r a y ；d u s t - - s e t t l i n gr e s u l to fm a g n e t i z e ds e l f - i n h a l es p r a yi sb e t t e rt h a nt h a to fo r d i n a r ys e l f - i n h a l es p r a y ；d i f f e r e n tl o c a t i o no fm a g n e t si m p a c td u s t - s e t t l i n gr e s u l t I nt h i sa r t i c l e ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ec o n s i s t e n tw i t ht h et h e o r e t i c a la n a l y s i s ：m a g n e t i cs p r a yh e l p st oi m p r o v ea t o m i z a t i o np e r f o r m a n c ea n de f f i c i e n c yo fd u s ts u p p r e s s i o n ，i th a sr e f e r e n c ev a l u e K E YW O R D S ：s e l f - i n h a l es p r a y , m a g n e t i z a t i o n ，d u s tr e m o v a lr a t e ，a t o m i z a t i o np e r f o r m a n c e ，S M DI V江苏大学硕士学位论文第一章绪论1 1 国内外研究现状及进展1 1 1 国内外湿式降尘技术研究现状通常采用的降尘方式可归纳为两大类：干法降尘与湿法降尘。干法降尘是采用集尘器收集粉尘，对于收集到的含尘气流采用如重力沉降、静电吸附、活性碳吸附等的处理方式，降尘效率很高。但正因为干式降尘大多采用集尘方式工作，且只能应用于特定环境中，其应用受到很大的限制。湿式降尘的工作介质大多采用水雾。目前国内外对湿式降尘的研究与应用也比较多，将电、磁、声等领域的新技术以及化学方法引入喷雾降尘的研究，出现了许多高效、先进的喷雾降尘技术，如荷电喷雾降尘技术、磁化水降尘技术、声波雾化降尘技术和超声雾化以及泡沫降尘技术。以电介喷嘴为主要元件的荷电喷雾降尘技术是一门正在兴起的具有较大应用前途的降尘技术。其原理是【l 】，水在高速通过电介喷嘴时，由于摩擦而产生带负电的雾滴。利用降尘空间中大量分布的荷电液滴作为捕尘体，缩短了粉尘与捕尘体之间的距离，达到有效降尘的目的。而且由于大部分粉尘( 特别是微细粉尘)也带有电荷，通过水雾对带正电粉尘的静电吸引力和不带电尘粒的镜象吸引力而提高水雾对粉尘的降尘效率。该技术在国外已应用于现场，并取得了较好的效果。前苏联用该技术使降尘效率比普通喷雾提高1 3 , - - - 1 2 2 】；美国用外加电源对水雾荷电，在非瓦斯矿井使用时，降尘效率提高1 0 倍以上。磁化水降尘技术是改善的喷雾降尘法，用物理的方法改变水的性质，使水的雾化能力增大，从而提高捕尘能力。在外加磁场以及分子力的相互作用下，水分子的氢键断裂，其粘性和表面张力下降。与此同时，水中的杂质在流经磁场时也会被磁化。其中含电解质的离子磁化后产生的附加磁场的方向与外磁场方向相同，而非电解质的分子产生的附加磁场的方向与外磁场方向相反，这些磁力的相互作用最终促使水分子的内聚力下降，从而不同程度地改变了水的基本结构。由于粘度、表面张力降低，吸附、渗透能力增强，致使雾化程度得到改善，提高了捕捉粉尘的机率。目前该技术已在河北邢台矿业集团得到使用，所采用的R M T江苏大学硕士学位论文共振型磁场降尘装置是由种Y 3 0 锶铁氧体环型磁体经过特定的排列组合制成的【3 1 。从实际降尘效果来看对总粉尘的降尘效率比清水提高1 4 7 ，对呼吸性粉尘降尘率比清水提高1 4 。声波雾化降尘技术【4 1 是利用声波凝聚、空气雾化的原理，从提高尘粒与尘粒、雾粒与尘粒的凝聚效率以及雾化程度来提高降尘效率。产生声能的声波发生器是该项技术的关键。该项技术所研制的声波雾化喷嘴具有雾化效果好，耗水量低，雾粒密度大的特点。同时，产生的高频高能声波可以使已经雾化的雾粒二次雾化、减小雾粒直径，提高雾粒与尘粒的凝并效果。声波雾化降尘对总粉尘的降尘率可达9 0 以上，呼吸性粉尘降尘率达8 0 以上。其缺点是声波雾化喷嘴产生的声波频率在可听范围内，声压级高，噪音较大；此外，雾粒变小易受环境风流影响，寿命也短。超声雾化降尘技术是国际上八十年代发展起来的新型降尘技术【5 】。其原理是应用压缩空气冲击共振腔产生超声波，超声波把水雾化成超细的水滴，其粒径只有1 - - 5 0 u m 。与空气接触面积大，蒸发率高能使含尘区水蒸汽迅速达到饱和，不仅能满足改善粉尘湿润性所需要的条件，还能通过云物理学、空气动力学、斯蒂芬流的输送等多种机理捕集粉尘。这种方法不用把含尘气流抽出后再加以处理，雾滴在局部密闭的产尘点内捕获、凝聚微细粉尘，使粉尘迅速沉降下来实现就地降尘，避免了使用干式除尘器带来的问题以及清狄工作带来的二次污染。同时，由于雾滴微细，耗水量很少，被称为超声干雾捕尘，避免了喷雾水量过大的弊病。泡沫降尘是一种新型的降尘技术，如美国、前苏联、西德及东欧等国家为提高呼吸性粉尘的降尘效率，从7 0 年代起开始集中研究泡沫降尘剂。泡沫降尘剂是利用表面剂的特点，使泡沫剂和水一起按一定比例混合，通过发泡剂产生大量高倍数泡沫喷洒到尘源或含尘空气中，形成大量的泡沫粒子群，其总体积和总面积很大，从而大大增加雾液与尘粒的接触面和相互接触，提高了降尘效率。其降尘效率一般可高达9 0 以上，对呼吸性粉尘也可达到8 5 以上 6 1 。该技术从2 0 世纪5 0 年代问世以来，英国最先开展了这方面的研究，继后在美、前苏联、原西德、R 本、波兰等国生产中得到了广泛应用。如前苏联研制的J I O 1 、J I C P A C 型泡沫剂，降尘效率达到9 5 9 9 ；美国矿业局研制出压气泡沫除尘系统，在煤矿长壁工作面进行试验，除尘效率达至0 9 0 - 9 9 ，耗水量却只有喷雾降尘的1 5 -1 1 0 。根据不同的尘源要求，各国还研究出不同型号的泡沫除尘配套系列设备1 7 。2江苏大学硕士学位论文1 1 2 磁化水的研究现状及进展磁现象是一种普遍存在的物理现象，而磁性存在于一切物质中，并与物质的化学成分、结构密切联系，在磁场中任何物质都将不同程度受到磁场作用的影响，并导致物质某些理化性质的改变。随着科学技术的发展，人类对磁现象的认识日益深入，对磁现象的研究和利用也愈加广泛。如今，磁化技术已在化工、环保、矿山、冶金、建材、农业以及生物技术和医疗卫生等方面得到了广泛应用，并取得了一定的成果。国内外许多研究表明，磁化水在降尘方面效果显著。前苏联最早进行了磁化水抑尘实验，列宁矿山和十月矿山早在上世纪7 0 年代就已进行磁化水和常水降尘的对比实验，其平均降尘率提高8 1 5 2 1 0 8 f 8 1 。原苏联南方采选破碎厂，用磁化水代替普通水喷雾，使工作区粉尘浓度降低1 7 ；德国在烧结厂和焦化厂，用磁化水代替普通水喷雾，使工作区粉尘浓度降低约5 0 t 9 1 。我国也己从上世纪8 0年代开始了磁化水的降尘研究，并已研制了T F L 型、尘敌型、R M J 型系列磁化水喷嘴或磁化器，并取得了一定的降尘效果【1 0 , 1 1 1 。近年来，与磁化降尘的相关研究不断发展，主要集中在四个方面：( 1 ) 水系的物化性质的研究大量文献表明，磁场可以在某种程度上改变水及其溶液的部分物理化学性质，如电导率、表面张力、p H 值等，水系磁处理后物理化学性质的变化是许多实际应用的基础。应该指出，对理想的纯水还没有进行过研究。实验所用的是蒸馏水、工业用水、合成溶液和悬浮液等。J o s h iK a n m a t ( 1 9 6 6 ) 采用永磁体，研究了三重蒸馏水p H 、表面张力、介电常数的改变【l2 1 ，发现p H 值和表面张力会随磁场强度的增大显示出饱和趋势，磁场强度的变化对介电常数影响不大；V i s w a t ，H e r m a n ( 1 9 8 5 ) 报道了外加磁场强度的增强，水和N a C l 水溶液的粘度会升高f 3 1 。B o l e s l a w ，G o n e t ( 1 9 8 5 ) 进行了磁场对三重蒸馏水的介电常数、p H 、表面张力的影响f H 】，认为磁场对水的性质没有影响；湖南大学的朱元保( 1 9 9 9 ) 等通过对磁化水进行一系列的物理化学测定提出了在水分子极性不断加强及水合正、负离子做相反方向旋转运动作用下，水分子间的氢键发生畸变，甚至断裂，从而使水分子得到活化f 仔1 ；北京大学的谢文惠等( 1 9 9 3 )则指出单分子水的性质比集团中的水分子活泼得多，它能充分显示它的偶极子特江苏大学硕士学位论文性【1 6 1 。( 2 ) 水与湿润剂的配合使用湿润剂的研究起始于2 0 世纪6 0 年代，我国是从8 0 年代初才开始推广湿润剂的。湿润剂一般由表面活性剂和相关助剂复配而成。表面活性剂是由极性的亲水基和非极性的憎水基( 或称亲油基) 两部分组成的化合物【4 】，常用助剂有N a 2 S 0 4 、N a C I 等无机盐类。往磁化水中加入表面活性剂后，表面活性剂分子亲水基和亲油基对水分子的引力不同，会在水液表面上形成亲油基向外，亲水基向内的紧密定向排列层，即界面吸附层，此结构有利于对非极性粉尘发生吸附。安燕等发现使用十二烷基磺酸钠配制的磁化水的表面张力比磁化蒸馏水的表面张力有显著下降【1 7 1 ，这样更容易对微粒( 包括粉尘) 形成包裹作用，提高降尘效果。( 3 ) 磁化水的其它物化性能研究磁化水能治疗肾结石及胆结石等【1 8 1 ；磁处理工业水先驱T h e oV e r m e i r e n 在仔细研究磁场对碳酸钙三种晶体结晶过程的影响时发现，经磁场处理后，方解石有转变成文石的趋势【1 9 】；刘有昌等对磁化水的抑垢机理进行了研究【2 0 1 ，说明磁化水有抑垢效果；苏联帕特罗夫斯基报导磁处理时，在水中出现数量不大的过氧化氢t 2 1 】：磁化水对机械加工乳化液的防腐已有成功实例f 2 2 1 ，说明磁化水有杀菌作用；C h i b a ( 1 9 9 4 ) 发现在流动的电解质溶液中，存在外磁场时铝的腐蚀率下降，且随磁场强度增加，缓蚀率增加【2 3 1 ；K e l l y ( 1 9 7 7 ) 报道了活性钛的腐蚀因磁场作用而加强了【2 4 】；吴向洋等发现油田回注水经磁处理后使油田钻头的腐蚀基本被抑制【2 5 】，说明磁化水有防腐蚀作用。( 4 ) 磁流体的研究磁流体的理论和应用是目前引人注目的研究领域，同时也开辟了磁化水降尘的新思路。所谓的磁流体即是一种将强磁性超微粒子分散到液相中所得到的非常稳定且带有磁性的胶态溶液，也称作磁流变液。磁流变液在稳定磁场下其热传导系数可提高7 0 ，而在旋转磁场下可提高15 倍【2 6 】，且在磁场作用下有较高磁导率，可产生较大磁偶极矩，在磁场消失后剩磁力迅速消失。如使用磁流体对带磁性的粉尘进行处理，由于磁流体中含有磁性粒子，即增加了磁场强度和粉尘与磁场的接触面积，可以预计处理效果会比单纯磁化水的处理效果好，且由于磁流体在磁场中的传热效果好，除尘器的出口烟气温度低。如处理带磁性的金属粉尘，由于磁流体离开磁场后迅速脱磁，会属粉尘也随即脱附，则磁流体可重复使用，金4江苏大学硕士学位论文属得到回收。1 2 论文研究的背景及意义粉尘具有尘肺病和粉尘爆炸两大危害，且影响作业人员数量较大。多年来，由于作业环境不良和粉尘危害严重，尘肺每年给国家造成高达近百亿元的直接经济损失。我国的尘肺危害无论在患病人数、发病率，还是增长幅度都居世界首位。在某些工矿企业中，粉尘超标现象十分严重，例如，有的水泥厂粉尘超标2 0 0 0多倍。目前，受粉尘危害的人数也在日益增多。据1 9 9 0 年的统计资料，我国各类工矿企业中接触粉尘工人达1 4 0 0 万人。据近两年的不完全统计，现有尘肺病人约1 7 万，死亡人数每年约2 5 0 0 人，新增尘肺病人约4 5 0 0 人，每年国家用于该项的医疗等费用高达3 5 亿元人民币。粉尘爆炸也具有很大的危害性，如在煤矿行业，煤尘爆炸事故发生多次，伤亡惨重。当前，在粉尘防治工作中，国内外已有的喷雾降尘方法和降尘设备确实起到降低粉尘的作用，但存在的问题是降尘效率不高。据调查总粉尘降尘效率只有5 0 6 0 ，呼吸尘的降尘效率仅为2 0 - - - 3 0 。磁化降尘是在已有的喷雾降尘技术的基础上，使喷雾液体在喷出前磁化的改进湿式降尘方法。磁化降尘技术已有悠久的应用历史，它具有结构简单、运行费用低、适用范围广等优点，其有更好的降尘效果的事实也不断得到证实。因此，对磁化降尘相关方面进行研究，具有十分重要的意义。1 3 论文研究的主要内容与技术路线本文采用的自吸喷雾磁化降尘系统是在传统的喷雾降尘系统的基础上使水磁化，它主要由集风器、喷嘴、文丘里管和永磁铁组成。其中，喷雾器的设计参照射流泵和文丘罩管的一些设计理论，收缩角采用射流泵的设计参数，喉管长和直径的比例、喉嘴距和扩散角采用文丘罩的一些设计参数。具体研究内容主要包括：( 1 ) 自吸式旋转喷雾除尘的基本理论分析研究，包括喷雾捕尘机理、喷嘴雾化机理，自吸旋转喷雾的雾化过程及喷雾器设计依据，喷雾器雾化特性指标，以及影响除尘效率的因素。影响降尘效率的因素主要有：雾滴的粒径、雾化粒度及流江苏大学硕士学位论文量密度的均匀性、喷雾作用范围和粉尘与液体捕集体的相对速度以及供水压力和喷嘴型式，水质和喷雾器安装位置及喷雾方向也会影响除尘效果。( 2 ) 自吸喷雾磁化水降尘机理的理论探讨，分析了纯水的结构以及水被磁化后其基本理化特性的变化，磁场对流过磁场的水的作用以及磁化水对捕尘效果和雾化性能的影响等，对影响自吸喷雾磁化降尘的因素也进行了探讨。( 3 ) 对自吸喷雾磁化降尘进行实验研究，这包括两方面的内容：喷雾粒子特性实验研究，对整个自吸喷雾磁化装黄进行了设计，包括永磁磁化方式的选择、喷雾装置主体结构及参数的确定，喷嘴结构尺寸的确定；这部分主要是测量磁化前后喷雾粒子特性的变化，包括雾滴的粒径和速度两个参数，并对其进行分析，数据的处理采用了C u r v ee x p e r t 软件进行处理。自吸喷雾磁化降尘效率实验，主要采用对比分析的方法研究单喷嘴、自吸喷雾和自吸喷雾磁化等各种情况喷雾的除尘效率，并对出现除尘效果的不同进行了原因分析。6江苏大学硕士学位论文第二章自吸喷雾降尘基本理论2 1 喷嘴雾化机理雾化是将液体通过喷嘴喷射到气体介质中，使之分散并破碎成小颗粒液滴的物理过程。雾化过程中液体的总表面积得到显著的提高，从而使液滴与气体介质之间的传热传质过程大为增强。根据能量守恒原理，在液体雾化破碎过程中有：E = E s + E k + E l( 2 1 )式( 2 1 ) 中，E s 表示液体的表面能，其主要用于喷雾过程中液体破碎成液滴克服表面张力做功所需要的能量；E k 表示液体的动能，其主要用于喷雾过程中液滴的速度变化；E l 表示能量的损失，其主要构成是液体在喷嘴内部流动的摩擦损失。由以上讨论知，只有E s 在喷雾过程对液体的破碎做正功，因此可以定义如下的喷雾效率：蟹= 鲁住2 ，喷雾效率1 1 主要取决于喷嘴的类型、液体物理属性以及喷雾过程所形成的液滴尺寸分布。实际应用中许多喷嘴效率在O 1 这个量级上，压力喷嘴的是所有喷嘴效率最高的，其最高可达5 。液体喷射与雾化过程的理论分析与实验研究，通常采用一些无量纲参数进行表达和简化。其中最为重要的几个无量纲参数如下：M ：堕( 2 3 )p lN ：丝, u lf p s 疋L 一p I “R e ，：P t , u t d lp |：型盟仃( 2 4 )( 2 5 )( 2 6 )( 2 7 )江苏大学硕士学位论文：盟2( 2 8 )O -O h ：, W e , ：_ 坠( 2 9 )R e |Jr o t o d tV f 一一，根据以上所述及公式( 2 1 ) 一( 2 9 ) 知，为了达到实际应用目的，通常需考虑液体本身的物理属性、周围气体介质属性、以及所需达到的液滴尺寸分布范围和喷雾形状来选择所需喷嘴的类型。2 1 1 初次雾化对于喷嘴在静止空气中的喷雾，在不同的喷射压力条件下，液体通过圆形喷孔后呈现出几种喷雾空间形态。根据液体的欧尼索数O h 和雷诺数R e l 的不同，其可分为如图2 1 所示的四种形态。图2 1 喷雾一次雾化模式n 7 1F i g 2 1P r i m a r yf r a g m e n t a t i o nm o d e so fa t o m i z a t i o n1 ) 在低R e I 数情况下，液体由于表面张力的作用，撕裂成几何形态几乎完全相似的液滴。这一区域又称R a y l e i g h 区。如图2 1 中1 所示。2 ) 随着R q 数增大，液体因受空气动力作用破碎形成更多的液滴。空气动力作用导致在气液交界面上形成对称的( 如图2 1 中2 所示一次风导致模式) 和不对称的( 如图2 1 中3 所示二次风导致模式) 波增长，从而导致圆射流液体的破碎。这两个液体破碎区域又称空气动力模式作用区域。江苏大学硕士学位论文3 ) 当R e l 进一步增大时，液体离开喷孔就会雾化成大量细小的液滴。这一区域又称完全雾化区，如图2 1 中4 所示。对于从R a y l c i g h 区域过渡到空气动力模式作用区域，可以依式( 2 1 0 ) 予以区分。W e , ：尝(210)Re , U 从空气动力模式作用区域过渡到雾化模式依式( 2 1 1 ) 加以标识。= 警( 2 整个过程的变化的具体参数可参见图2 1 分隔线所示。2 1 2 再次雾化再次雾化为喷雾中的液片、液线、大直径液滴颗粒发生进一步的破碎，从而形成大量液滴尺寸分布呈一定范围的物理过程。在周围气体介质作用下，单颗液滴的破碎主要受气一液相速度差、湍流结构等因素的影响。在喷雾形成过程中，当液滴与周围气体介质之间的速度差很大时，这个速度差往往就是导致液滴二次雾化的最主要原因。如果液滴与周围气体介质之间的速度差较小时，液滴往往容易保持稳定状态而不易破碎。当液滴受到因气一液相速度差产生的空气动力大于其表面张力时，液滴将会变形继而发生破碎。液滴是否发生进一步破碎的标准是根据周围气体介质的液滴空气动力韦伯数W e g 判定，如式( 2 8 ) 。如果液滴空气动力韦伯数W e g 超过临界韦伯数W e c ，液滴将发生进一步破碎；然而，表面张力对于液滴的破碎具有抑制作用，并且当液体的粘度增大时可抑制不稳定的空气动力扰动。粘度对液滴破碎的影响体现在欧尼索数O h 中，如式( 2 9 ) 。当欧尼索数O h 0 1 时，粘度的影响可以忽略不计f 2 8 】。根据前人研究者H s i a n g t 2 9 1 、B e n h o m i e u 【3 0 】、C h o u 3 、D a i 3 2 1 、S a l l 锄【3 3 】对于液滴破碎研究的贡献，可得临界韦伯数W e c 与欧尼索数O h 之间有如下关系式：j 常鸳 o 1对于粘度较低的液体，其临界韦伯数W e c 变化范围为6 1 3 。通常就假定为：W e c ：1 2( 2 1 3 )9江苏大学硕士学位论文随着韦伯数的增大，更多的液滴将会发生破碎，并且在不同临界韦伯数范围呈现出如图2 2 所示的三种不同的破碎模式3 4 舶】。1 ) 袋状破碎模式 B a gB r e a k u pM o d e l ( 6 W e g 8 0 ) ：液滴在空气动力作用下扩展成一个袋子形状，并且在其底部边缘因为R a y t e i g h 不稳定性而破碎，进而产生大量液滴。整个发展过程如图2 2 中a 所示。s 镌i p 黟螈瑰隅科劫蛾一一一一o叫一一一一一I t PG 塘。眄锄嘛( 哟B 翱霞B u r s tR i m 。B e 蚤妇po 彻一咖劢ro I ：媳飞猢。：阄。一C 锚霸霸鞠嚼b k 酾轴黟M 嘛粥嘲啪5 晖鲰蛳职一步。弓M 蛹嘣拉l 。西删墉，一j ；蕊弋：图2 2 再次雾化模式F i g 2 2S e c o n df r a g m e n t a t i o nm o d e so fa t o m i z a t i o n2 ) 剥落破碎模式 S t r i p p i n gB r e a k u pM o d e l ( 8 0 W e g 3 5 0 ) ：当空气韦伯数W e g 大于3 5 0 ，液滴在K e l v i n H e l m h o l t z 不稳定涡中的小波长、大幅度的扰动波作用下，开始形成波纹状的液瓣，随后波状液瓣受到R a y l e i g h ，T a y l o r 不稳定涡中的长波长、大幅度的扰动波的扰动，瞬间爆炸式破碎成大量的细小液滴。整个发展过程如图2 2 中C 所示。1 0品 即口旦O 一拣嘲一一咖。如一确酚蚤江苏大学硕士学位论文2 2 自吸喷雾雾化机理自吸喷雾与普通喷雾相比最大的特点就是其具有一个文丘里结构的喷雾管，其作用原理跟射流泵相似，利用有压水作为吸气动力。该喷雾管由吸入室、喉管和扩散管三部分组成。在喷雾管内部，按液气两相流动过程可以分为( 见图2 3 ) ：液气相对运动段，液滴运动段以及气液泡沫运动段【3 8 1 ，每个运动过程对应着不同的雾化机理。喷嘴吸入室喉管扩散管于lI 段I I 段m 段| 液气相对运动段 液滴运动段气液泡沫运动段空气图2 3 自吸喷雾内部雾化流态示意图F i g 2 3S k e t c ho fa t o m i z e df l o ww i t h i ns e l f - i n h a l es p r a y科学工作者早在1 9 世纪下半叶就己开始对液体的雾化机理进行了研究，到现在已经形成多种不同的重要理论，如湍流扰动理论、边界条件突变学说、压力振荡学说、空穴论、表面波不稳定性理论等。其中，表面波不稳定性理论是目前发展得比较充分也是大家比较认同的一种关于雾化机理的假说。美国大学P r i n c e t o n大学以B r a c c o 3 9 1 为首的研究小组多年来对射流雾化机理的研究表明，目前没有一种关于液体射流雾化机理的学说能单独圆满地解释雾化现象。表面波不稳定性理论虽然也做不到这一点，但该理论因有较严密的理论体系而获得了广泛的应用。该理论认为高速射流液面的初始扰动在某些力的作用下会迅速而有选择性地增长，从而使液柱表面产生不稳定的波动。随着射流速度增加，不稳定波所作用的长度越来越短，直到微米量级，于是射流散布成雾状。下面将着重根据液体射流的不稳定性理论对自吸空气式旋转喷雾器的雾化过程进行论述。液体射流的雾化过程是指液体从喷嘴射出到破碎成液滴群的物理过程。根据喷雾过程的发生和发展，可将这一过程分为两个子过程：( 1 ) 液体射流破碎形成液江苏大学硕士学位论文丝与液滴的过程，称之为一次雾化；( 2 ) 破碎后的液滴继续分裂形成更小液滴的过程，称之为二次雾化或二次破碎。连续液体的初次雾化会形成许多大颗粒的液滴，但该过程是不稳定的。如果更进一步的破裂发生，才会形成大量的细小液滴。因此，雾化形成的最终液滴尺寸将不仅取决于初次雾化所形成的大颗粒液滴的尺寸，还取决于二次雾化的破裂作用。2 2 1 一次雾化水自高压喷嘴喷出至进入喉管之前，这一段属于液一气相对运动段。水由喷嘴高速连续喷出后获得了一定的动能，在喷嘴出口处由于射流边界层的紊动扩散及卷吸作用，与周围的被吸气体( 空气) 发生动量交换。与此同时，水射流受到外界扰动的影响，在离喷嘴不太远的一段距离后产生脉动和表面波，当振幅大于射流半径时，射流被剪切成液滴，即发生一次雾化m 】，其机理与喷嘴雾化基本相同。一次雾化主要发生在喷嘴附近，其雾化过程不仅依赖于射流与环境介质之间的相互作用，还依赖于喷嘴内的流动状态和喷嘴的几何参数。初始雾化控制着液体向气相的初始弥散，它对随后的喷雾混合子过程乃至液体的整个雾化过程起着非常重要的作用。根据文献【4 l 】将喷雾划分为浓喷雾段和稀薄喷雾段，如图2 4 所示。在浓喷雾段中，存一个没有空气卷入的连续的液核，即使射流速度非常高，液核部分还是存在的。液核的前进速度恒等于射流初速。而液核的长度，亦称“碎裂长度 ，液一气分界面图2 4 液体喷射形态n 2 1F i g 2 4S h a p eo fl i q u i dS p o u t i n g在喷射压力大于2 0 M P a 时，也还有约l O - - - 3 0 m m 4 3 1 。根据表面不稳定性理论，假定水的雾化只发生在液一气交界面上，液滴的雾化由不稳定波幅增长和进一步破江苏大学硕士学位论文碎过程所控制【矧。L m m b 用流体力学线性不稳定性分析得出以下结果：A = A o P 耐丝堕二丝型七一丝后：2 p f cp f( 2 1 4 )( 2 1 5 )式中：A 一波的振幅，m ；缈一波的角频率，H z ；f 一时间，s ；足，c 一波数，其中k = 2 州A ，c = ( o r ，k i p 厂) o 一，m ：五一波长，1 1 1 1 1 ；“。，“厂一空气和水的速度，r n 8 ；成，p ，一空气和水的密度，姆肌3 ；，一液体的粘度，N $ m 2 ；仃，一液体的表面张力，聊；一常数，0 3 。当扰动波的波长小于某一临界值t 时，彩为负值，波幅迅速衰减；而当旯 屯时，, S O 为正值，波幅迅速增大，则液滴表面的扰动会不断增大，最后导致液滴表面的扰动失稳，液滴破碎。以由下式给出【4 5 】：柳 踽 邡晓2 2 2 二次雾化被卷吸流体( 空气) 进入喉管后，即进入了液滴运动段。在喉管内，液体与气体能量充分交换，此时流速达到最大，气压降至最低，在吸入室后部造成低压区。在此负压的作用下，吸入室后端周围的空气通过吸入室渐缩管被卷吸至喉管，从而使得卷吸入喉管的空气进一步破碎水滴，并与喷雾水滴混合，由扩散管喷出，达到二次雾化的目的。在扩散管内的气一液混合体的运动属于气液泡沫运动段。该段中气体被液滴1 3江苏大学硕士学位论文粉碎成微小的气泡，液滴聚合成较大的液滴，而气体则分散在较大的液滴中成为泡沫流。在此过程中，混合流体的动能转换为压能，压力升高，气体被进一步压缩。在扩散管出口处，高速运动的气液泡沫流与周围静止空气发生碰撞，又进行了一次雾化。二次雾化是指初始雾化形成的液滴在空气动力作用下进一步分解成更小更稳定液滴的分裂过程，二次雾化液滴分裂主要发生在液体射流的下游，几乎不再受喷嘴形状参数及其内部流动状态的影响。液滴发生一次雾化后，产生的液滴继续高速运动，随着液滴运动速度和环境气体密度的增加，表面气动力和粘性的影响作用变得越来越重要，在气一液相对速度产生的表面非均匀分布的压力扰动下，液滴经历变形、扭曲、不稳定扰动波形成过程，这些过程发展的结果使液滴变形后进一步分裂成更小的液滴【蜘。一次雾化后的水滴离开气一液交界面时，具有与液核相同的速度，雾化后的水滴是否继续破碎与射流的特征参数如液体雷诺数R e 、液体韦伯数W e 和气液密度比y 有判4 7 1 。引入表征液滴破碎的相关参数：O h ：，至一( 2 1 7 )心p f GF d l：Pfu：diRe( 2 1 8 )= ( )pfw e ：堡! 坐：( 2 1 9 )of式中：吐一某液滴的直径，d ，= q 以= c l 1 2 6 7 丸，此时盔= 1 2 6 d f - l ；7 一空气与水的密度之比，厂= P P ：；“，一水滴d ，与空气的相对速度，m s ；在稳定的气流中，液体的破碎主要受气动力、表面张力和粘滞力的控制。由于水的粘滞力很小，所以水滴的破碎主要受气动力和表面张力的影响1 4 8 l 。当球形的液滴在空气中运动受到的气动力和表面张力相等时，液滴开始破碎，因此有：c s 旦连：7 D 盯( 2 2 0 )2式中：C 一阻力系数；S 一液滴的投影面积，S = x D 2 4 ，m 2 ：1 4江苏大学硕士学位论文一液滴与气流的相对速度，m l s ；式( 2 2 0 ) 中的左边为气动力，右边为液滴的表面张力。将S 的表达式代入式( 2 2 0 ) 可得：c 丝盛：柏盯( 2 2 1 )42将式( 2 2 1 ) 整理后写成量纲形式见嵋D 仃= 8 C( 2 2 2 )式( 2 2 2 ) 的左边就称为韦伯数，用W e 表示，则有W e = 成嵋D 仃( 2 2 3 )式( 2 2 3 ) 的右边即为液体破碎的临界韦伯数，用W e c 表示。严春吉f 4 9 】等研究表明：液体的雷诺数对液体表面扰动起着增强的作用，为不稳定因素。根据式( 2 1 8 )R e 的定义知，只出现在参数R e 中可看出，液体R e 代表液体粘性的影响。因此，液体的粘性对雾化起着稳定性的作用，阻止射流分裂与雾化。这证实了粘性的一个基本效应：耗散任意扰动的能量而使流动稳定化。在液体雾化的过程中液体的韦伯数W e 起着不稳定性作用，根据式( 2 1 9 ) W e的定义，表明自由界面上的表面张力盯对雾化过程的影响，由于表面张力盯跟W e数成反比的关系，所以表面张力万在雾化过程中起着稳定性作用，它削弱扰动的增长、阻止射流表面的扭曲变形。气液密度比对射流的雾化有促进作用，在环境温度不变的情况下，气体的密度越大环境压力越大，因此气体密度代表了环境压力对射流稳定性的影响，即环境压力在射流分裂破碎过程中起着扭曲变形分裂的作用，它加强扰动的不稳定性，为不稳定因素。2 3 自吸喷雾降尘机理自吸喷雾装置主要由喷嘴和吸气通道两部分组成( 如图2 5 所示) 。在吸气通道中，水与含尘空气接触的方式大致有水滴、水膜和气泡三种形式f 5 0 】，见图2 6 。江苏大学硕士学位论文】-2451 一喷嘴；2 一吸入室；3 一喉管减缩段；4 一喉管；5 一喉管扩散管l - N o z z l e ；2 - 1 n h a l eR o o m ；3 - R e d u c t i o np i p e ；4 - T h r o a tP i p e ；5 - D i f f u s ep i p e图2 5 自吸式喷雾示意图F i g 2 5S k e t c h o fs e l f - i n h a l es p r a y液滴r 一， ( y 6b一一= | 。o 巴 | OO ? 砷a? ? i 姐一j 一气术习 C = 一0 1【i ：! ! lC一污染空气一清洁空气图2 6 水与含尘空气的接触方式F i g 2 6A p p r o a c ho f w a t e ra n dd u s ti nt h ea i r( a ) 水滴：如图2 6 a 所示，由于机械喷雾或气流自激等方式使水射流形成大小不同的水滴，分散于气流中成为捕尘体；( b ) 水膜：如图2 6 b 所示，由于水射流的继续运动，水滴重新聚合，在尘粒表面形成水膜。( c ) 气泡：如图2 6 c 所示，由于气流穿过水层，根据气流的速度、水的表面张力等因素的不同，含尘气体被粉碎为不同大小的气泡。这三种接触方式的捕尘机理主要是依靠惯性碰撞、截留、布朗扩散及凝集作用来捕尘的，如图2 7 所示。1 6江苏大学硕士学位论文留一流线。粉尘颗粒水珠颗粒图2 7 自吸喷雾捕尘机理示意图F i g 2 7I n s t r u c t i o n a ld i a g r a mo fd u s t s e t t l i n gm e c h a n i s mb ys e l f - i n h a l es p r a y2 3 1 惯性碰撞自吸喷雾系统主要应用惯性碰撞进行捕尘，在自吸喷雾装置中，尘粒始终与水滴或者水膜进行有效的惯性碰撞而被捕集。在吸入室，水射流与含尘气流做相对运动，水射流的速度很大，含尘气流的速度较小，两者发生了惯性碰撞，尘粒被捕捉；进入喉管时，两者依然有其相对速度，由于水射流的紊动扩散作用，含尘气体继续与水射流发生惯性碰撞，水射流同时被气体剪切分散为水滴，尘粒又与水滴进行有效的碰撞，并进行能量和质量的交换，尘粒又被捕捉；当含尘水流进入扩散管后，由于流通断面的逐渐增大，气流减速，由于尘粒的惯性作用，尘粒与水滴及扩散管形成的水膜再次发生有效的惯性碰撞，尘粒进一步被捕捉。惯性碰撞的捕尘效率傀与撞击系数K 有密切关系：r E = l c x p ( 一C L w E ) = l e x p 【- c 霹i ( K + o 4 5 ) 2 】( 2 2 4 )式中：o 一水气比，L m 3 ；C 一效率指数，一般情况下，C = 8 3 ；E 一撞击效率，E = ( K o + 0 4 5 ) 2 ；K 。一撞击参数，无因次，K c = d ；名l l r ( 9 , u g D f ) ；d 一尘粒直径，c m ；1 7江苏大学硕士学位论文2 3 2 截留D c 一水滴直径，c m ；名一粉尘密度，g c m 3 ；一水气相对速度，m s ；心一气体运动粘度，1 0 q m 2 s 。截留捕尘效率的主要影响因素是尘粒的大小，它忽略粒子的质量，不考虑粒子惯性碰撞的捕尘效应。含尘气流在水力吸尘管中被水滴的截留捕尘效率符合L a n g r n u i r 提出的截留捕尘效率的计算关系式：，孙= ( 1 + K R ) 2 - 1 5 ( 1 + K R ) + 2 ( 1 + 0 ) r 1 5 K R 2( 2 2 5 )式中：一截留参数，K R = d 。皿。此式表明，截留捕尘效率随尘粒的增大和水滴直径的减少而增高。此外，截留捕尘效率与流速大小无关，但在很大程度上取决于流场的性质，例如在粘性流中，截留效率就高。2 3 3 扩散当微细尘粒受气流的夹带作用围绕吸尘管喉部及扩散管的水滴、水膜运动时，由于布朗扩散作用，尘粒的运动轨迹与气流流线不一致，而沉积于水滴或水膜上。尘粒越小，扩散越强烈。被水滴粉碎成气泡中的尘粒也存在扩散作用。尘粒由扩散所引起的沉降效率，取决于水滴的质量传递皮克莱( P e c l e t ) 数忍和液滴、水膜的雷诺数胎。皮克莱数n 是描述扩散的主要物理参数，其定义为：P e ：D i l - t a ( 2 2 6 )D式中：D ，一液滴直径。气流的速度，m s 。D 一布朗扩散系数，m 2 s ，D = k 占T C s ( 3 z q f d p ) ；k 一波尔兹曼系数，k = 1 3 8 X1 0 。2 3 J K ；r 一气体绝对温度，K ；江苏大学硕士学位论文C 一试验常数。其扩散捕尘效率( r i o ) 为：r L24 18 R e l 7 6 P e t 7 32 3 4 凝聚( 2 2 7 )含尘气体在通过自吸喷雾器喉部时，压力减少，水分蒸发，可使气流达到饱和甚至过饱和状态；到达扩散管段，气流速度减少，而压力升高，水分将以尘粒为核心产生凝结，尘粒的直径变大，更容易被水滴或水膜捕集，同时，由于各尘粒表面被湿润，尘粒之间相互碰撞而凝结为直径更大的尘粒，有利于进行进一步的降尘工作。水力吸尘管的凝集作用与喷水水压、流量及吸尘管的内部结构尺寸有关。水力吸尘管的捕尘主要是上述四种机理的综合作用，其捕尘总效率要高于某一种单独机理的效率，然而，总捕尘效率并不简单地等于各种机理捕尘效率的叠加。2 4 喷雾器雾化性能评价喷雾器雾化性能的指标主要有：雾化细度和粒度的均匀度指数，雾化角，流量特性及流量密度分布等。( 1 ) 雾化细度雾化细度表示水滴颗粒大小的指标，一般有平均直径、最大直径和中值直径等。雾化细度表征方法很多，最常用的有以下几种5 。】：索太尔平均直径( S M D )所谓索达尔平均直径即雾滴的面积对体积的比值等于全部雾滴样品的面积对体积的比值，其表达式为：s M 。= 端晓2 8 )算术平均直径( D )即所有雾滴的平均直径，计算公式为：。= 皆旺2 9 ，江苏大学硕士学位论文雾滴数量中径( N M D )所谓雾滴数量中径即在一次喷雾的全体雾滴中，大于某直径雾滴的累积数量占全体雾滴累积数量的一半，小于它的也占一半。N M D 可由定义直接求得。雾滴体积中径( V M D )所谓雾滴体积中径即在一次喷雾的全体雾滴中，大于某直径雾滴的累积体积等于小于这一直径雾滴的累积体积，V M D 可由公式直接求得：蚴_ ( 酱 班旺3 。，式( 2 1 - 2 3 ) 中，D ，为第f 级内雾滴直径的中值点，朋；N ，为直径D ，的雾滴数。( 2 ) 雾化粒度的均匀性雾滴均匀度指标( D R ) 又称扩散比，表示雾滴群体大小的分散程度，是衡量雾化性能好坏的重要指标，D R 是N M D 与V M D 的比值。D R ：N M D( 2 3 1 )雾滴均匀度值D R 越接近于l ，表明雾滴的粒径越均匀。( 3 ) 雾化角雾化角描述的是喷雾宏观几何特征结构的一个重要参数，其反映了特征喷嘴雾化场的空间几何尺寸大小。液体雾化锥边界上两根对应的切线的夹角称是雾化角，现有雾化角的确定方法有以下几种：出口雾化角、条件雾化角、根据射流边界有明显直线部分测定雾化角【5 2 1 ，如图2 8 所示。：删图2 8 雾化角图1 5 3 1F i g 2 8D i a g r a mo f j e ta n g l e江苏大学硕士学位论文( 4 ) 流量密度分布流量密度分布是指在单位时间内，通过与喷孔轴线方向垂直的单位截面面积上的液体质量( 或体积) 分布规律，如图2 9 所示。通过单位时间内沿直径方向液滴粒径的变化可以得到流量密度分布。分布较好的液滴群能分散到整个降尘空间，并能在较小的空气扰动下与空气获得充分的混合。经验表明：流量密度沿径向呈对称的双峰分布较佳，单位为堙，1 2 s 。图2 9 流量密度分布示意图( 5 3 1F i g 2 9S c h e m a t i cd i a g r a mo f c u r r e n tc a p a c i t yd e n s i t yd i s t r i b u t i o n( 5 ) 喷雾的空间特性它主要包括喷雾的贯穿度、空间分布度、喷射率和粒子的速度。2 5 影响喷雾器降尘效率的指标( 1 ) 雾滴粒径雾滴粒度是指雾滴的直径大小( 以a m 计) ，喷雾降尘是雾滴与尘粒的碰撞过程，提高喷雾降尘效果的关键在于提高雾粒与尘粒碰撞机会。粉尘一般有一定的表面疏水性，雾滴粒径过大时，其质量大，分布密度低，不易与粉尘相碰撞；相反，如雾粒过小，易于蒸发，在空气中的时问过短，即使沉降下来，也容易因干燥而重新飞扬。试验结果表明，雾滴粒径在1 0 2 0 0 u m 范围之内，其最佳降尘粒度为4 0 - - 5 0 u m 。其中影响雾滴大小的因素主要有水的表面张力：气液表面张力越小，由于表面张力对液滴的稳定作用就越弱，喷雾形成的液滴就越小。液相对速度的影响：在喷嘴处气体和液体的相对速度严重影响喷雾效率。气液相对速度越大，液滴越小，较大的气液相对速度将对液滴产生较大的破碎力，从而使液滴变得更小。2 l江苏大学硕士学位论文液体粘度的影响：液体粘度增加，雾滴尺寸变大。这是因为粘度对液滴有稳定作用，液滴尺寸变大，不利于雾化，粘度越小，阻尼越小，扰动波增长越快，越不稳定，产生的液滴也就越小。液体与气体相对流量的影响：实验表明，气流中液体体积百分数加大，液滴尺寸迅速增大。( 2 ) 雾化粒度及流量密度的均匀性不论用哪类平均直径表示雾化细度，都仅仅是用假想尺寸均一的粒子群代替实际的雾化粒子群，但雾化后实际液滴粒子群中水滴尺寸大小相差悬殊，有时达1 0 倍左右，反分布很不均匀，因此常用均匀性指数D R 表示雾化液滴群中不同液滴大小的接近程度。D R 值大，雾化均匀性好，喷雾效果越好；D R 值小，则雾化均匀性差，喷雾效果越差。( 3 ) 喷雾作用范围【5 4 1喷雾作用范围是指喷出的喷雾体所占的空间，如图2 1 0 所示。它分别用雾体作用长度( L + B ) 、有效射程B 和扩散角伐表示，扩散角有时也称条件雾化角。雾体作用长度、有效射程和扩散角越大，喷雾的作用范围越大，降尘效果越大，降尘效果越好。B 一有效射程；( L + B ) 一物体作用长度：a 一扩散角图2 1 0 雾体作用范围B E f f e c t i v er a n g e ；( L + B ) 一E f f e c t i v el e n g t ho fF o gb o d y ；a - J e ta n g e lF i g 2 10S p h e r eo fa c t i o no ff o gb o d y( 4 ) 粉尘与液体捕集体的相对速度其相对速度愈大，冲击能量越大，碰撞、凝聚效率就愈高：同时，有利于克服液体表面张力而被湿润捕获。( 5 ) 供水流量在雾粒不变的情况下，供水流量愈大降尘效果愈好。由于加大流量，提高了江苏大学硕士学位论文雾滴运动速度和密度，从而增加了雾滴与尘粒碰撞的可能性。但从试验情况看，当流量达到一定程度后，再继续增大流量，则其降尘效果无明显增加。因此，流量必需根据其喷雾地点、位置、空间大小及尘源情况予以确定。在有效射程内喷雾密度平均1 0 6 1 0 8 粒c r n 3 为宜【5 5 】。( 6 ) 供水压力和喷嘴型式供水压力和喷嘴型式直接影响喷雾作用范围。当喷嘴选定后，水压是形成喷雾的重要条件，它直接影响喷嘴的流量、雾粒的大小和运动速度。随着水压的增加，上述参数均向优化方向发展，当水压达1 0 k g c m 2 以上时，可获得较为理想的降尘效果。目前用于降尘的喷雾器的形式较多，产生的雾体的作用长度、有效射程和扩散角不同，其雾滴粒径、雾滴数密度及雾滴分布也不一样，降尘效果不同。( 7 ) 供水质量水质的好坏可直接影响降尘效果，这里所说的水质主要是指水中的悬浮物含量、悬浮物粒径和p H 值。水质差，悬浮物含量多，悬浮物粒径大，容易造成喷嘴阻塞，降低喷雾作用范围与直径；p H 值太大或过小都将影响作业环境、腐蚀喷嘴。因此，供水时必须保证水质清洁，固体悬浮物含量不得大于1 5 0 m g L ，悬浮物粒度不得大于0 3 m ，p H 值应在6 , - - 9 之间，否则，应进行相关水处理，如安装过滤装置、沉淀池等。( 8 ) 喷雾器安装位置及喷雾方向压力水从喷孔喷出后，随着喷孔距离的增加，雾滴速度、单位体积的雾滴数量及雾滴分布呈衰减的态势，距离越远，雾滴越散，雾滴的运动速度和单位体积的雾滴数量越少，降尘效果越差，但雾体距喷雾出口太近，喷雾作用范围小，因此，喷雾器与产尘距离应根据现场实际确定。一般来说，直接喷向产尘点的喷雾降尘的合理距离是1 5 2 5 m 。风向与喷向之间的关系对降尘效果也有一定的影响，逆风向喷雾比顺风向的降尘效果要好得多。( 9 ) 其他粉尘的湿润性湿润性好的粉尘，亲水粒子很容易通过液体捕集体，碰撞、截留、扩散效率高；湿润性差的粉尘与水接触碰撞时，会产生反弹现象，显然其碰撞、截留、扩散效率低，除尘效率低。因此，对难于湿润的粉尘，应向液体添加湿润剂来降低其表面张力。湿润剂中的亲水基团伸入水中，憎水基团伸向空气江苏大学硕士学位论文中与粉尘接触，改善了水与粉尘之间的湿润性，提高了除尘效率，与清水相比，一般可提高3 6 - 4 0 ，已得到了广泛的应用。耗水量单位体积的含尘空气耗水量越大，在液滴粒径相同的情况下，液滴数量就多，接触尘粒机会就多，产生碰撞、截留、扩散及凝聚效率也高，除尘效率也越高。液体黏度及粉尘密度液体黏度越大，液体也不易产生细小颗粒液滴，除尘效率也越差；粉尘密度越大，产生碰撞效率也越高，粉尘越易沉降，除尘效率也越高。2 6 本章小结本章首先介绍了喷雾捕尘与自吸喷雾降尘机理，以及喷嘴雾化机理和自吸喷雾的雾化过程，从雾化和除尘两方面阐述了自吸喷雾与普通喷雾的不同，并引入了一些表征液滴破碎的参数：雷诺数R e 、韦伯数W e 和欧尼索数O h 。根据表面波不稳定性理论，这些参数对液体表面的稳定性起决定作用。最后分析了喷雾器雾化特性指标以及影响喷雾器降尘效率的因素，影响降尘效率的因素主要有：雾滴的粒径、雾化粒度及流量密度的均匀性、喷雾作用范围和粉尘与液体捕集体的相对速度以及供水压力和喷嘴型式，水质和喷雾器安装位置及喷雾方向，为自吸喷雾磁化降尘理论提供了依据。江苏大学硕士学位论文第三章自吸喷雾磁化降尘机理分析3 1 磁化水降尘机理3 1 1 水分子及液态水特性游离水分子H 2 0 是一种三核结构。两个电子I S 2 集中在氧原子附近，其他八个电子2 S 2 P 6 沿延长的椭圆形轨道运动。两轨道坐标轴在O - H 键重合，两外两个完整的电子对的坐标轴与H O H 垂直且穿过氧原子核的平面中。水分子静电模型可用一规则四面体来表示，正电荷q l 、q 2 的质量中心位于其涡旋中，与质子结合，负电荷e 。、e 2 的质量中心在另外两个涡旋中，与完整的电子对相结合。有一个带+ O 电荷的氧原子在四面体中心。纯液态水是同位素H ，1 6 0 、H ，1 8 0 、H 1 ，7 0 和H D O 的混合物。据此，自然水的相应组成分别在9 9 7 3 、O 2 0 、O 0 4 和0 0 3 范围内【5 6 】。在正常条件下，液态水分子之间的距离取值为2 7 6 x 1 0 1 0 _ ，z ，这一取值是根据x 射线数据测定出来的。水分子以此距离与另一水分子相互作用形成氢键H H O H 。出现这种情况是由于其中一水分子的质子与另一水分子的一完整电子对之间相互作用的结果。每一水分子都可最多生成4 个这样的大键，这一点可由X 射线数据【5 6 】得以证实。3 1 2 磁化水的特性水经磁化处理后，其理化特性也会相应的发生变化。如水的硬度突然提高，然后变软；水的导电率和粘度降低；改变水的晶构；使复杂的长键状变成短键状；使水的氢键发生弯曲；使水的化学键央角发生改变等。与降尘机理有关的主要有表面张力、粘度及渗透能力，润湿性、蒸发率和水结构的变化等。( 1 ) 表面张力普通清水的表面张力较大( 2 5 时水的表面张力约为7 1 1 8 m N m 叫) ，喷雾时不易破碎，雾粒粒径较大。大量研究表明：水经磁化处理，在一定程度上能够减小水的表面张力【1 7 , 5 7 , 5 引。水表面张力与磁场强度的关系如图3 1 所示。江苏大学硕士学位论文图3 1 水表面张力与磁场强度的关系D 钉F i g 3 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns u r f a c e t e n s i o no fw a t e ra n dm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y图3 1 表明水磁化后表面张力有明显变化。磁场强度不同，表面张力下降不同，磁场对水表面张力的影响具有多极值特征，里波动关系。当磁场强度在0 2 0 3 T 之间，表面张力系数存在一个“谷 值，表明此时的磁化处理效果最好，表面张力下降最大，随着磁场强度的增加，表面张力又开始回升；当磁场强度在0 4 - - 0 7 T 之间近乎平坦；磁场强度在0 8 - 0 9 T 之间又出现第二个“谷 ，其“谷”值比第一个“谷 值稍大一些。( 2 ) 粘度水的粘度变化会直接影响喷雾效果，粘度小喷出的雾粒就小，雾粒分布均匀。实验研究结果发现 6 0 , 6 ，经磁化处理后水的粘度系数有下降的趋势。粘度随磁场强度的变化见图3 2 。公e型槊L - ，一o 一一01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0磁场强度( A m )图3 2 水的粘度与磁场强度的关系引F i g 3 2r e l a t i o n s h i pb e t w e c nv i s c o s i t yo f w a t e ra n dm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y从图3 2 可以看出，水被磁化后的粘度有所下降，两者之间呈负相关关系。( 3 ) 润湿性润湿性反映水对粉尘的浸润性能，通过粉尘在水中的润湿速度的快慢进行比较。对于同一种粉尘，在不同的液体中润湿速度是不同的。测定方法是将粉尘放入水中观察它的沉降时白J 。一般情况下，粉尘完全沉降的时间短，表2 6H屹舛眈江苏大学硕士学位论文明浸润性好，反之则差。实验分别选择了几种经过不同磁场强度处理过的磁化水与清水进行比较实验，测得浸润时间与磁场强度变化结果如图3 3 。131厘窖婴燃l 一一一J 一一，一。- J02 0 04 0 06 0 0磁场强度( A m )图3 3 粉尘浸润时问与磁场强度的关系陆2 1F i g 3 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt i m eo fd u s ti n f i l t r a t i o na n dm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y测定结果表明，在磁化水中，粉尘浸润速度与磁场强度成正比，即磁场强度增加，浸润速度加快( 沉降时间缩短) 。( 4 ) 蒸发率颜士华等研究表明【6 3 1 ，磁化水的蒸发率高于非磁化水的蒸发率。蒸发率高能增加含尘空气中的水蒸气分压比和水蒸气的数量，同时也有利于增加环境空气的相对湿度，破坏粉尘表面吸附的气体薄膜，使水蒸气吸附在尘粒表面增加其亲水性，有利于提高喷雾降尘效果。( 5 ) 水结构由于水体系中径向分布函数g ( 厂) 是与时问无关的关联性的量度，是对物质内部结构的反映。对温度为2 0 ，磁感应强度为0 2 5 T 作用时水的径向分布函数进行了计算。研究表n y 6 4 6 5 1 ，外加磁场能够改变水水径向分布函数，水分子的平均间距增大，这将使水的介电性质和活性发生明显的变化；同时由于水体系中包含大量的氢键，氢键键能和成键分子之间的距离有着密切关系，在磁场( 胆0 2 5 T ) 作用下，水分子平均间距增大，导致氢键减弱或部分氢键断开，使水分子问氢键的平均数减少，部分水分子从水体系的分子团中分离出来而成为自由的单体水分子和二聚体水分子，从而使水的表面张力系数降低，活性增大，水的渗透性和流动性增强。3 1 ，3 磁化水对雾化性能的影响磁场使通过磁场的水的粘度、表面张力等特性参数降低，这就改善了水的雾化性能，在不致使水滴过小易于蒸发的l ；i f 提下，水雾化的越好，则与尘粒接触的表面积越大，机会越多，捕尘效果越好。前人的工作认为对于旋室型喷嘴按( 3 1 )2 7江苏大学硕士学位论文式所定义的平均直径万一g 万：哿 ，)培肚舒o J )否= 3 3 6 5 D x l 5 9 G t 0 盯o 6 ，仉3 2 ( 肌)( 3 2 )( 3 2 ) 式说明万与仃n 6 及0 3 2 成正比。( 3 1 ) 式与( 3 2 ) 式均说明当水的粘度及表面张力下降时，雾滴的尺寸将下降，可见磁场能够改善水的雾化性能。3 1 4 磁化水对捕尘效果的影响湿式除尘的效果在于尘粒与捕尘介质即液体相接触时能否被捕住。也就是说粉尘的可润湿性对捕尘过程是有影响的。它不仅影响捕尘效率，对收尘性能也有影响。对于完全不能湿润的粒子，当粉尘粒子浸入到捕集液中而达到图3 4 所示位置时，便可认为粒子能被捕集【钢。图3 4 难于湿润的粒子芽入液体的捕集形态F i g 3 4C a t c h i n gf o r mo f p a r t i c l e sh a r dm o i s t u r i z e dp a s s i n gt h r o u g hl i q u i d直径为d 。的尘粒抵抗液体的表面张力1 7 而达到图中位置时所需功率W p = ( 2 n z ；c r 3 )停在图中所示位置的粒子，在即将接触液体时，所必须具有的最小速度应为U p ：( 一2 WJ I ， 2。m p：( 生) I 2( 3 3 )= L ) ”【3 3Jpp dp由( 3 3 ) 式知V pJ 下比于仃2 。磁场使通过磁场的水的表面张力下降，水的表面张力的下降必引起V 及睇值的下降，即磁化水使得尘粒子被捕集所需的功江苏大学硕士学位论文率下降，使得尘粒到达液体内部的最小速度下降。也即磁化水比未磁化水更易捕集到尘粒。3 2 自吸喷雾磁化降尘机理3 2 1 自吸喷雾磁化降尘装置结构及工作原理自吸喷雾磁化降尘装置由供水系统和自吸喷雾磁化降尘器组成，见图3 5 。卜高压水泵；2 一水箱；3 一压力调节阀；4 一压力表；5 一流量计；6 一固定架；7 一集风器；8 一喷嘴；9 一喉管；1O 一扩散管图3 5 自吸喷雾磁化降尘装置图l H i g h - p r e s s u r e dp u m p ；2 - W a t e rt a n k ；3 - P r e s s u r ev a l v e ；4 P r e s s u r eg a u g e ；5 - F I o w m e t e r ,6 - B r a c k e tf i x i n g ；7 - W i n d s a i lc o l l e c t i o n ；8 - N o z z l e ；9 - T h r o a t ；10 - P r o l i f e r a t i o nt u b eF i g 3 5I n s t a l l a t i o nd r a w i n go f d u s t - r e d u c t i o nb ys e l f - i n h a l es p r a y e rw i t hm a g n e t i cw a t e r自吸喷雾磁化降尘是自吸喷雾和喷雾磁化综合作用结果。其工作原理是，将喷嘴安装于文氏吸风管中，高压水通过喷嘴产生高速射流后，由于射流边界层与气体之间的粘滞作用将气体吸入吸风管的喉管，这时高压水射流不仅在表面波的作用下分解为液滴，而且与吸入的气体分子发生碰撞，使得水滴进一步被破碎成更小粒径的雾滴，与此同时，磁场对喷雾体进行磁化，使得喷雾水表面张力和粘度降低，蒸发率提高等，使得雾化效果进一步提高，另外，喷雾水射流对吸入气体进行压缩并把气体粉碎为微小气泡，这样，压力水经过自吸喷雾磁化降尘装置出来后成为表面张力小、粘度低、蒸发率高的非常细小雾滴和气泡的混合体，从而依靠惯性碰撞、截留、布朗扩散及凝集作用来提高降尘效果。江苏大学硕士学位论文3 2 2 磁场对流过磁场的喷雾体作用原理喷雾水是抗磁性物质，它是由全部都是成对电子的分子组成，这类物质在磁场中都受到一微弱的排斥力。外加磁场能够使抗磁性物质磁化，建立一个与磁场方向相反的磁矩，这是因为当外磁场存在时，绕原子核旋转的电子受到电磁力作用，它们的角动量将发生变化，也就是说它们旋转的角速度将有所改变。因而原子中的微观电流也将有所改变。原子磁矩的平衡状态就受到破坏，于是便在每个原子中出现了与磁场方向相反的附加磁矩。附加电流P 国，l = =2 万附加磁矩t = f n T , 2 亓o = X 叠式中：元。一磁场方向的正法向单位矢量；y 一电子运动的轨道半径；缈，一电子附加运动的角频率；X 一物质的磁化率设豆的方向与Z 轴相同，附加磁矩在沿Z 向的外磁场中引起的势能为U = 一A P 一, B 一= _ 1 P B l c o s O( 3 4 )磁矩或与豆的方向相反，厌q l t c o s O 的值为一1 ，则U = I A P B I = - a a B( 3 5 )式( 3 5 ) 中的负号是因为A P o ，则c o ，即E 的方向与流动方向相反；而在磁场的出口处，由于雾 o ，x o ，即E 的方向与流动方向相同。在这种力的作用下，必然使磁场中喷雾水的内聚力下降。因为F 。的产生阻止了进口处喷雾水分子流进磁场，同时，又驱逐磁场出口处喷雾水分子离开磁场，在宏观水的流速帮助下，就能实现其内聚力的降低。在挥发度相同时，液体表膜内聚力的量度即为水的表面张力，上述推论说明，外磁场的存在使喷雾水的粘度及表面张力均降低。而喷雾水的粘度变化会直接影响喷雾的效果，黏度小，喷出的雾粒就小，而且雾化效果好，雾粒分布均匀。另外，颜士华等研究表明6 3 1 ，磁化水的蒸发率高于非磁化水的蒸发率，因此，江苏大学硕士学位论文喷雾体通过磁场后的蒸发率高于原喷雾体的蒸发率。而蒸发率高能增加含尘空气中的水蒸气分压比和水蒸气的数量，同时也有利于增加环境空气的相对湿度。3 2 3 自吸喷雾磁化提高降尘效果作用原理自吸喷雾水经磁化处理后，由于水系性质的变化，可以使水的硬度突然提高，然后变软；水的导电率和粘度降低；改变水的晶构；使复杂的长键状变成短键状；使水的氢键发生弯曲：使水的化学键夹角发生改变。因此，磁化水的表面张力、吸附能力、溶解能力及渗透能力增加，使水的结构和性质暂时发生显著的变化。此外，自吸喷雾水经磁化处理后，其粘度降低，晶构变短，会使水珠变细变小，有利于提高水的雾化程度，因此，与粉尘的接触机遇增加，特别是对于吸附性粉尘的捕捉能力加强。由于喷雾磁化水湿润性强，吸附能力大，使粉尘降落速度加快，所以有较好的降尘效果。( 1 ) 自吸喷雾磁化改善了水的表面张力。水分子中有5 对电子，1 对电子( 内部)位于氧核附近，其余4 对电子在氧核与每一个氢原子核间各有l 对；另外2 对是孤对电子，在四面体上方朝向氢原子相反方向，正是由于这两对孤对电子的存在，使分子间产生了氢键联系。而由于氢键的存在又赋予水以特殊而易变的结构，在磁场力、压力、温度等因素的作用下会导致水结构发生变化，使氢键产生弯曲，D 一日化学健夹角也发生变化。水经磁化处理后，较大的水分子集团链中的氢键会发生弯曲和局部断裂，使水分子缔合体分解成单分子水、双分子水或较小的缔合水分子，复杂的长键状变成短键，水分子之间的电性吸引力减小，从而降低了水的表面张力，使得其与粉尘表面的相互吸引力增加，从而达到提高降尘效果。( 2 ) 自吸喷雾磁化改善了粉尘表面的亲水性能。由固体状态粉碎而形成的粉尘粒子表面积大大增加，使粉尘的物理和化学活性增强；这时的尘粒表面特性与其处于固体状态时的物理特性明显不同，尘粒内部分子所受的力是不对称的，造成了尘粒表面存在着过剩能量表面自由能，这种表面自由能导致尘粒吸附气体和液体；飞扬在空中的尘粒表面对气体的吸附，导致在尘粒表面形成一层阻碍水雾湿润尘粒的气体薄膜。水蒸气是一种最能被吸附在尘粒表面的气体，提高喷雾降尘局部环境中的水蒸气分压比，利用含尘空气中各种气体分压比的改变来破坏尘粒表面已吸附的气体薄膜，使水蒸气吸附在尘粒表面，尘粒变为亲水性，有利于提高喷雾降尘效果，特别是对微细粉尘的降尘效果。由于喷雾体磁化后蒸发率江苏大学硕士学位论文有明显提高，从而使得大大增加喷雾降尘局部含尘空气中的水蒸气分压比和水蒸气的数量，同时也大大增加了喷雾降尘局部环境空气中的湿度，从而有利于破环粉尘粒子表面的气体薄膜，使粉尘粒子的亲水性得到改善，提高喷雾降尘效果。( 3 ) 自吸喷雾磁化改善了水雾与尘粒的接触和凝并条件【6 3 1 。喷雾对粉尘的降尘效果，主要取决于水滴与尘粒之间的接触和凝并。对于粗颗粒粉尘，由于惯性较大，经与水滴碰撞而粘附在水滴表面或与水滴相互凝并，在重力作用下沉降；对于极细的尘粒，特别是悬浮于风流中的呼吸性粉尘，则随着气流流动而绕过水滴，不易被水滴捕获。自吸喷雾磁化的高蒸发率，加强了磁化水雾与空气之间的热交换，特别是在喷雾水射流的内层，紊流作用进一步加强了热交换程度。在空气冷却过程中，由于尘粒的比热差异，形成了相对于尘粒的大量冷凝蒸汽，尘粒表面冷凝蒸汽的形成，有助于改善尘粒的亲水作用，增强尘粒与尘粒之间，尘粒与水滴之间的凝并作用，提高降尘效果。( 4 ) 自吸喷雾磁化延长了喷雾液滴的存在时间。众所周知，减小雾滴粒径可以提高喷雾降尘效果，但随着雾滴粒径的减小，雾滴极易蒸发，在未捕获粉尘之前已汽化被内流带走。提高液滴在空气中的存在时间，可以增加液滴与尘粒之问的磁撞机率，提高喷雾降尘效果。国内外的研究结果表明，雾粒存在于空气中的时问随相对湿度的增加和空气温度的降低而大大增加。喷雾过程中，液滴由较粗颗粒破碎为较细颗粒的同时，一方面自吸喷雾磁化水的高蒸发率有利于吸收空气中的热量，降低喷雾局部环境条件下的温度，提高其湿度，形成有利于水雾粒子在空气中存在的客观环境条件；另一方面，液滴形成较细水粒后，水雾在含尘气流中又能够保持较长的时间，从而提高了降尘效果。3 3 影响自吸喷雾磁化降尘的因素分析从自吸喷雾磁化降尘机理的分析可以看出，自吸喷雾磁化喷雾的降尘效果优于普通喷雾的原因主要是经磁化后水的物理化学性质的变化，使得喷雾雾化程度提高，从而大幅度提高捕捉粉尘的机率。因此，影响水的基本性质变化和雾化效率的因素都能影响自吸喷雾磁化降尘效率，下面主要从磁化喷雾角度具体分析。江苏大学硕士学位论文3 3 1 喷雾流方向与流速喷雾流方向。将喷雾以一定速度通过一个或多个磁路间隙，喷雾流方向应与磁力线成一定的角度，均可得到磁化水。而且当磁场与喷雾流的方向垂直时，磁作用最强、效果也最好；流速。由于许多离子的抗磁性要强于水，喷雾流切割磁力线时应有足够的速度。要达到较佳处理效果，磁化喷雾流速应在一定范围内，此范围可通过具体实验获得。3 3 2 磁场强度许多研究表明，磁场强度在磁化水处理中起到了重要作用。根据大量有关文献总结，磁感应强度达3 0 0 m T 时，磁化水的物理化学性能( 包括表面张力等) 已有明显的改变，但磁感应强度与水的物理化学性能改变并非呈线性关系，需通过实验确定最佳的磁感应强度。M 1 米海松【2 l 】认为磁场强度与水的流速的乘积有一恒定的最佳值，当磁场强时，其最佳流速就小：反之亦然。P o l a r 公司【6 7 】认为通过磁处理器的最佳流速为1 5 - - 一3 0 m s ，相应的磁场强度应达N o 6 - - 0 8 T 。而且有学者发现磁场强度增加到一定值就没有进一步的效果了【6 8 1 ，这是在进行磁化处理需要注意的。因此，自吸喷雾磁化中的磁场强度是影响降尘的重要因素之一。3 3 3 磁化方式按产生磁场的方式不同，磁化方式分为永磁式及电磁式两种1 6 9 1 。永磁式是利用永磁材料的剩磁来产生磁场的，其主要特点是工作时不需要供电系统，磁场稳定，体积小，使用方便的优点。不足之处是磁场空间小、磁场强度较低，也不易调节。另外，永磁体的磁场值不容易灵活地改变，改变之后，也难得到良好的重复。电磁式通过激磁电流产生磁场，磁场强度可调，但构造较复杂，且存在安全问题。在处理较低温度，且组成、粒径等物化性质非常固定的粉尘时，从成本效益方面考虑，可使用永磁式。在处理带磁性粉尘时，宜使用电磁式形式对粉尘与水相接触的区域进行磁化。磁性粉尘的一部分因磁力吸附在磁化区域内，除尘过程后切断激磁电源而沉降，一部分则自动聚集成团而被水润湿，从而更容易沉降。江苏大学硕士学位论文3 3 。4 捕尘体形式自吸喷雾磁化降尘的实质是湿法除尘当中利用了磁化水机理从而改进效率的方法，因此磁化降尘机理与普通湿法除尘应是相同的。由于粉尘粒子表面与空气间存在表面张力，所以普通喷雾降尘的机理关键是捕尘体代替空气接触粉尘粒子，使粉尘粒子在捕尘体上沉降，此沉降成功与否取决于捕尘体形式。当捕尘体为液滴时，粉尘粒子在液滴上的沉降主要通过惯性碰撞及拦截作用进行，部分液滴与粉尘粒子的接触不一定能形成“水包尘 形式，不一定能对粉尘充分捕获；如捕尘体为液膜，因液膜对粉尘形成包裹形式，则粉尘会被喷雾液膜有效捕捉。3 3 5 可溶性杂质一般水中都含有杂质。水中的杂质以不同形式影响水的结构，乃至水的物理化学性质。水中杂质可分为两大类：呈离子状态存在于水中的电解质和呈分子形式存在于水中的非电解质。水中的非电解质越多，水的结构越稳定，越不易磁化，相反，水中电解质越多，越易磁化。众所周知，纯水是反磁性的。在2 0 时，水的反磁率为一O 7 2 1 2 x 1 0 南( 测量误差士O 0 0 0 7 x l O ) 。在微细的变化中，这一数值是可变的。分子问键的削弱导致反磁性的增加。但是，溶解在水中的许多离子是顺磁性的，有时超过水的反磁性，因此，对于经过磁化处理的喷雾体，其磁化率大小决定于水中杂质分子与离子的本质，也决定于它们与水相互联系的性质。改变存在于水中的杂质，就可以改变水的磁化率，从而增强喷雾体的磁化程度。另外，水结构的松弛性变化也将影响电导率与表面张力的变化，松弛性越大，越有利于降尘【8 】。3 4 本章小结本章对自吸喷雾磁化降尘机理进行了理论探讨。首先，对磁化水降尘机理进行了理论分析，包括水分子及液态水特性以及水被磁化后其基本理化特性的变化，如水的表面张力与粘度的下降，水对粉尘润湿程度的改善，磁化水蒸发率的提高，水径向分布函数的变化等使得水的活性大大增强等。其次，分析了自吸喷雾磁化降尘机理，探讨了自吸喷雾磁化降尘装置结构及工作原理和磁场对流过磁场的喷雾体的作用原理。自吸喷雾磁化降尘是由于磁化水物化特性的变化，使得江苏大学硕士学位论文喷雾雾化性能得到改善，从而提高了降尘效率。最后主要从磁化喷雾角度对影响自吸喷雾降尘的因素进行了分析。江苏大学硕士学位论文第四章自吸喷雾磁化水粒子特性实验研究4 1 实验用自吸喷雾磁化装置的设计4 1 1 实验用自吸喷雾磁化装置组成实验用自吸喷雾磁化装置主要由喷雾装置主体、磁化结构及集风器组成，如图4 1 所示。喷雾装置主体由喷嘴、文氏吸风管、固定支架组成。文氏吸风管由喉管、吸入室、扩散管组成，集风器与文氏吸风管之间采用法兰连接。卜集风器；2 一静压管；3 一喷嘴；4 - 吸入室；5 一喉管；6 _ 固定支架；7 一法兰；8 一扩散管图4 1 实验用自吸式旋转喷雾器结构示意图1 - W i n dc o l l e c t i o n ；2 - S t a t i cp r e s s u r et u b e ；3 - N o z z l e ；4 - S u c t i o nc h a m b e r ；,5 - T h r o a t ；6 - F i x e ds u p p o r t ；7 - F l a n g e ；8 - P r o l i f e r a t i o nt u b eF i g 4 1S t r u c t u r es c h e m a t i cd i a g r a mo fs e l f - i n h a l ec i r c u m v o l v ea t o m i z a t i o ns p r a y e r4 1 2 磁化结构方式的选取按产生磁场的方式，磁化方式一般分为永磁式及电磁式两种。永磁式不需要外加能源，结构简单，但磁场强度较低，也不易调节，且可能使用的铁磁性物质容易发生温度升高引起的退磁现象。电磁式通过激磁电流产生磁场，磁场强度可调，但构造较复杂，且存在安全问题。在处理较低温度，且组成、粒径等物化性质较稳定的粉尘时，从成本效益方面考虑，可选用永磁式。处理磁性粉尘时，宜选用电磁式磁化方式对粉尘与水相接触的区域进行磁化。鉴于本实验环境温度比较低，且粉尘粒径相对较固定，从成本效益和安全方面考虑，本实验采用永磁铁磁化水。永磁铁制作、加工尺寸和形状如图4 2 所示。其中图4 2 ( a ) 所示为两块内径3 5 n 衄a ，厚9 m 的磁铁，实验中放于喷雾器的喉管部3 7江苏大学硕士学位论文位以磁化水；图4 2 ( b ) 是四块内径为4 0 m m ，厚6 m m ，与喷雾器的扩散管相配的磁铁；图4 2 ( c ) 所示的磁铁在实验时放于喷嘴位置磁化水，其内径为1 5 m m ，厚5 r a m ；图4 2 ( d ) 则是磁铁J 下面视图，从这个方向可以清楚地看到各磁铁的高度，其中h 尺3 5 = 4 0 栅，h R 4 0 = 3 6 唧，h R l 5 = 2 2m m 。( b )( C )( d )图4 2 实验用磁铁示意图F i g 4 2S c h e m a t i cd i a g r a mo fm a g n e t sf o re x p e r i m e n t4 1 3 集风器结构确定集风器可分为两种，一种是弧形集风器还有种锥形集风器，这罩我们采用了4 5 。的锥形集风器【7 0 】。集风器制作要求严格，加工尺寸和形状按有关标准制定，如图4 3 所示。图4 3 锥形集风器结构尺寸图F i g ，4 3S t r u c t u r ed i m e n s i o nd i a g r a mo f C o n e s h a p ew i n dc o l l e c t i o n本文集风器结构尺寸为：集气口直径D l = 1 4 0m m ，集气”长度L 1 = 3 0m m ；吸江苏大学硕士学位论文入室直径D 2 = 8 0 咖，长度L 2 = 8 8 衄。为了试验需要，在距离集风器吸入室入口断面1 5 咖处开2 个静压测量孔。4 1 4 喷嘴结构尺寸的确定雾化喷嘴性能的好坏，直接影响到喷雾器的降尘效率。在一定降尘效率前提下，装置雾化性能好的喷嘴，能大幅度地降低文丘里管喷雾器的阻力，也可以降低液气比。在一定耗水量前提下，采用雾化性能好的喷嘴，可以提高降尘效率。喷嘴型式较多，通常有以下几种：( 1 ) 按可耐水压分，可分为低压喷嘴、中压喷嘴、高压喷嘴。在其他条件不变前提下，喷雾效果方面为低压喷嘴最差、中压喷嘴次之、高压喷嘴最好，成本方面也是低压喷嘴最低、中压喷嘴次之。( 2 ) 按喷嘴工作原理可以分为机械雾化、介质雾化、超声波雾化、静电雾化。机械雾化可分为压力式和旋转式。压力式又分为直射式、简单压力式( 单路离心喷嘴) 、双路压力式( 双路离心式) 、变面积压力式、回油式。旋转式又分为转杯式、转盘式、甩油盘式。介质雾化式可分为低压空气式、中压空气式、高压空气式、蒸汽式以及机械一空气( 蒸汽) 组合式。其中压力喷嘴是所有应用中最为广泛采用的喷嘴。压力喷嘴喷雾是将液体的压力能转化为雾流的动能，为使雾流有一定的扩散角和雾化分散均匀，在喷嘴内部设黄一个旋流芯片，或者让压力水沿切线方向进入喷嘴内部，使液体在喷嘴内部产生高速旋转运动，因而产生横向分速度，水雾喷出后具有一定的扩散面积，因此，也称这种喷嘴为离心喷嘴。按照喷雾流体属性，压力喷嘴又称为单流体喷嘴；按照喷雾形状区分，压力喷嘴又分为实心圆锥雾化喷嘴和空心圆锥雾化喷嘴。( 3 ) 按照水流形式可分为直流喷嘴和旋流喷嘴。直流喷嘴内外没有使水流旋转的部件，压力水直接通过喷嘴喷出，旋转喷嘴则有。本研究考虑吸尘、除尘、耐高压要求，根据相关资料，确定采用旋动射流式实心锥体雾化喷嘴，采用的材料为高强度的O C r 2 6 N i l 9 M 0 2 的高质不锈钢钢材。本文研究设计喷口直径耿为1 5 m m ，雾化角为3 0 0 - - 一6 0 0 ，该喷嘴具有结构简单、零部件较少、拆卸方便、雾化效果好等优点，因此其在工业生产中得到了比较广泛的应用。3 9江苏大学硕士学位论文4 1 5 文氏吸风管结构参数的确定从空气动力学的角度考虑，文丘里管各部分的尺寸可按以下的公式选择【7 l 】：a 喉管直径d o = 1 0 0 0咖( 4 1 )式中：需处理的含尘空气量，m 3 h ；一喉管气流速度，m s ( 根据文氏管的用途、含尘气体性质及所需除尘的程度选取) 。b 喉管长度I o d o( 4 2 )c 渐缩管渐缩管的扩张角对于降温文氏管，一般采用2 3 。 - 2 5 0 ，而对除尘用文氏管采用2 5 0 - - - - 2 8 0 ，最大可达3 0 0 。渐缩管的长度厶可按下式确定：卜d I - d 0 ) ，( 2 t g 纠( 4 3 )式中d 为文丘里管进口直径，咖。d 渐扩管长度渐扩管的扩张角口：一般采用6 。8 。，渐扩管长度1 1 2 可按下式确定：，：= 6 2 - - d 0 ) ( 2 咯)( 4 式中d 2 为文丘里管出口直径，咖。因此，参考前人所推荐的数据及本文研究的需要，确定：吸入室直径D 2 = 8 0衄，长度L 2 = 8 8 r m ；喉管直径D 3 = 7 0 咖，长度L 4 = 3 5 衄n ：渐缩管收缩半角肛1 8 。；扩散管扩散角旺取3 0 0 ，对应扩散管长度为5 6 r m ，扩散口内径D 4 = l O O m 。通过改变固定支架的位置，喉嘴距可调节。4 2 喷雾P D P A 测量系统目前，相位多普勒粒子分析仪( P h a s eD o p p l e rP a r t i c l eA n a l y z e r ，简称P D P A )已经发展得非常成熟，被广泛地应用到喷雾实验测量中。粒子动态分析仪P D P A江苏大学硕士学位论文是在激光多谱勒测速计L D V ( L a s e rD o p p l e rV e l o c i m e t c r ) 基础上的重大拓展，用于单相及两相流场的测量，即通过区分流场中散射粒子所产生的多普勒信号来测量粒子的直径和速度信息。相位多普勒粒子分析仪P D P A 对喷雾测量具有以下特点：1 ) 非接触式实时测量，对喷雾没有干扰；2 ) 无需校准，信号成严格线性关系；3 ) 测速范围可覆盖O - 5 0 0 m s ，颗粒粒径测量范围0 5 - - 1 3 0 0 0 p m ；4 ) 不需要对喷雾液滴进行标定，仅需要知道激光束之间的角度，而且测量精度高。4 2 1 相位多普勒粒子分析仪P D P A 测量原理相位多普勒粒子分析仪P D P A 对于粒子速度的测量是基于与激光多普勒速度仪L D V 测试技术同样的原理多谱勒效应，其所依据的基本光学原理是L o r e n z - - M i e 散射理论，一般包括激光器、入射光学单元、接收光学单元、信号处理器和数据处理系统等几部分。利用多普勒原理测量粒子的直径速度的方法分为两种：一种是轴线干涉条纹法测量，它测量的是多普勒输入信号波最大和最小振幅处的峰值，另一种是非轴线光干涉条纹测量法，它测量的则是多普勒输入信号的相位差及多普勒频移厶。相位多普勒粒子分析仪P D P A 系统用的是非轴线光干涉条纹光学系统的理论模型。在相位多普勒粒子分析仪中，依靠运动微粒的散射光与照射光之问的频差来获得速度信息，然后根据几何光学通过分析穿越激光测量体的球形粒子反射或折射的散射光产生的相位移动来确定颗粒的直径和速度【7 2 1 。1 速度测量当一束激光照射到运动中的颗粒时( 如图4 4 中a 图所示) ，激光将发生散射，根据多谱勒效应可知接收镜头接收到散射激光频率正与入射激光频率Z 之间有如下关系：z ：，+ z 旦二鱼趔：+ ! 二掣( 4 5 )C1其中以表示入射激光的波长，c 表示光速，根据Z 与Z 便可求得液滴运动速度Uo江苏大学硕士学位论文( a )( b )图4 4 运动粒子激光散射模式F i g 4 4S c a t t e r i n gm o d e lo fL a s e rb e a m s当两束激光照射到喷雾中运动的液滴时( 如图4 4 中b 图所示) ，由公式( 4 5 )可知，液滴速度u 为：U - 去f o 一2 s i i 见- O 2 ) f a( 4 6 )秒为两束入射激光夹角，厂D 为接收镜头接收到由两束入射激光产生的频率差。2 粒径测量当两个接受镜头接收液滴散射的激光频移信号时，其接收到的多谱勒信号的相位差可表示为：A O l 2 = 2 n f o A t( 4 7 )其中血表示接收镜头位置对相位差A O 。：的影响。根据实际测量中采取的光学模式、激光波长、液滴折射率和几何光学知识可以确定相位差m 。：与液滴粒径d p 之间的关系可表示为：d 。= A O l 2 昂( 4 8 )其中岛为相位因子。由以上讨论可知，此种光路布置只有相位差A O ，：在【O ，2 7 】范围内时可以确定液滴粒径。4 2 2 本文使用的喷雾P D P A 测量系统简介本文喷雾特性实验研究所采用的P D P A 测试系统由丹麦D a n t e c 公司生产，该系统主要由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件包括：激光器、发射光路系统、接收光路系统、三维坐标架、信号处理器，其中光学系统包括发射单元和接4 2江苏大学硕士学位论文收单元；软件是数据处理系统B S A 。P D P A 系统的基本结构如图4 5 所示。倍增管图4 5P D P A 系统的基本结构F i g 4 5B a s i cs t r u c t u r eo fP D P Am e a s u r i n gs y s t e m图4 5 中，除了在接收器中有三个探测器以及接收器的位置不能在发射光束的对称轴上以外，光路与一维L D V 相同。在实际应用中，也同L D V 系统一样，它在本质上是一个单粒子计数器，这就对保证仪器可靠工作的最大粒子浓度提出了限制( 一般为1 0 6 锄3 ) 。接收器较好的接收光位置是在偏轴角O 为2 0 0 N 4 0 0 左右。在P D P A 系统中，激光束被分成两束等强度的光，然后用一个发射透镜使这两束光聚焦。穿过焦点的粒子的散射光被接收器接收，在接收器上设一接收孔，以使穿过焦点处的粒子的散射光照射到探测器上。要测定粒子的大小至少需要两个探测器。若要更精确地测定粒径范围并能对每个信号做出足够的分析，则最好有三个探测器。速度的二维和三维系统的测量与L D V 相同，唯一的不同在于相位测量的接收器位置。4 3 实验方案设计及P D P A 测量方法4 3 1 喷雾特性实验装置喷嘴喷出雾滴的速度和粒径影响射流对粉尘的捕集效率，而是否磁化以及磁化位置不同对喷雾的速度和粒径会有影响，为了弄清这些参数，我们进行了喷雾特性测试系统。该系统由喷雾子系统和P D P A 子系统两部分组成( 见图4 6 ) 。喷雾子系统由高压泵、文氏吸风管、喷嘴、磁化结构、集水装置等组成。P D P A 子系4 3江苏大学硕士学位论文统用来测量雾滴的速度和粒径大小等参数。1 、2 一发送光源镜头；3 一接收光源镜头；4 一三维坐标架；5 一文氏管；6 一喷嘴；7 一水管；8 一固定支架；9 一流量计；1 0 一高压泵；1 1 - 水箱；1 2 一数据处理器；1 3 一计算机图4 6P D P A 喷雾特性实验系统示意图1 ，2 - D i s t r i b u t o r ；3 - E m i t t e r ；4 - T h r e ed i m e n s i o n a lc o o r d i n a t es u p p o r t ；5 - V e n t u r i t u b e ；6 - N o z z l e ；7 - W a t e r p i p e ；8 F i x e ds u p p o r t ；9 - F l o w m e t e r ；1 0 - H i g h - p t e s s u r ep u m p ；I1 - W a t e rt a n k ；12 - D a t ap r o c e s s o r ；, 13 C o m p u t e rF i g 4 6S c h e m a t i cd i a g r m no f P D P Aa t o m i z a t i o np e r f o r m a n c et e S ts y s t e m该实验系统的工作原理如下：经高压泵加压后的水，由喷嘴高速喷出。P D P A系统把一束蓝色激光和一束紫色激光打到水雾上，并在测量点上聚焦。然后把水滴反射回的激光信号收集起来，送数据处理器进行处理，得到被测处雾滴的速度、粒径等参数。实验装置的照片如图4 7 所示，P D P A i 烫q 量系统的性能参数如表4 1所列。江苏大学硕士学位论文图4 7 自吸喷雾磁化雾化特性实验装置照片F i g 4 7P i c t u r ef o ra t o m i z a t i o np e r f o r m a n c ee x p e r i m e n t s表4 1P D P A 系统性能参数T a b l e 4 1P a r a m e t e r sf o rP D P As y s t e m项目参数激光器信号处理器激光光束波长激光光束直径光路类型位移系统应用软件粒子尺寸测量范围粒子尺寸测量精度速度测量范围速度测量精度氩离子激光器( 最大功率5 W )B S AP 8 0F l o wa n dP a r t i c l eP r o c e s s o r5 1 4 5 n m ，4 8 8 n m1 3 5 m mF i b e rP D A全自动三维坐标架B s AF l o wa n dP a r t i c l eS o f t w a r e0 5 1 3 0 0 01 1I n0 5 可达音速O 5 4 3 2 实验步骤与测点布置P D P A 系统测量体体积甚小，发射和接收探头置于高精度三维坐标架上，移动完全由计算t 儿8 S A 软件控制，具有很高的空间分辨率，能同时得到被测处雾滴的速度、粒径等参数，因此实验测量点布置较密，数量较多。测点布置在距离喷嘴下游4 5 0 姗处，与喷嘴轴线方向垂直的断面上对磁化前后以及磁化放置不同雾滴的雾化特性和速度分布进行了测量，测点的布置见图4 8 。图中0 表示喷嘴( 雾)4 5江苏大学硕士学位论文轴线位置；箭头方向是对喷雾进行测量时，P D P A 自动位移机构的移动方向。JZ厂。j 、乏j 4 0 0 m m 潮 毒i( Q )( b )图4 8 测点布置F i g 4 8M e 弱u 旭n e n tp o i l l t sf 0 rP D P A本实验是在常温、常压下进行的，所用的液体是水，其与雾化有关的参数( 磁化前) 为：粘度= O 0 0 1 P a s ，表面张力仃= 0 0 7 3 4 船s 2 ，密度P = 1 0 0 0 k g m 3 。实验步骤如下：( 1 ) 将喷嘴水平固定在支架上，所设定的坐标系统为：沿喷雾中心线方向为横向( v 轴) ，沿发射探头移动方向为纵向( z 轴) ，纵横向垂直相交且交点在纵向上的坐标为零。自动位移机构在纵向方向移动1 l 点，测量喷雾器下游断面纵向( z 轴)距离为0 、1 5 咖、3 0 栅、4 5 咖、6 0 衄、7 5 咖、9 0 衄、1 0 5 m m 、1 2 0 衄、1 3 5 咖、1 5 0l l l f l i 处雾滴的粒径分布和液滴速度分布。( 2 ) 自动位移机构精确在纵向方向移动，调整喷嘴水压为2 M P a ，测定磁化前后以及磁化位置不同时液滴的S M D 值和速度分布。( 3 ) 自动位移机构精确在纵向方向移动，调整喷嘴水压为4 M P a ，测量磁化前后以及磁化放置不同时液滴的粒径分布和液滴的轴、径向速度。( 4 ) 自动位移机构精确在纵向方向移动，调整喷嘴水压为9 5 M P a ，测定磁化前后以及磁化位置不同时雾滴的粒径分布和液滴速度分布。4 4 自吸喷雾与自吸喷雾磁化P D P A 实验结果与分析下面根据对实验测量的结果，分别从索太尔平均直径、轴向速度分布两方面对液雾的流场特性和雾化特性作粗浅的分析。江苏大学硕士学位论文4 4 1 索太尔平均直径( S M D ) 的实验结果及分析用激光相位多普勒分析仪P D P A 对喷雾器出口的雾滴粒径分布进行测量，根据数据处理系统B S A 处理得到的实验数据结果如图4 9 所示。图4 9 ( a ) 是2 M P a水压下磁化位置不同时液滴的S M D 值，( b ) 是4 M P a 水压下磁化位置不同时液滴的S M D 值，( c ) 是9 S M P a 水压下磁化位置不同时液滴的S M D 值，( d ) 是3 种不同压力下各处雾滴S M D 。由图4 9 ( a ) 一( c ) 粒径分布曲线可以看出：( 1 ) 除个别点外，曲线的总体趋势是增加磁铁后即磁化水液滴的粒径要小于普通水的粒径。这是由于水经磁化后其基本性质如表面张力、粘度及晶构等发生了暂时的变化。表面张力的变小使得喷雾容易破碎，喷出的雾粒就小；水的粘度变化直接影响喷雾的效果，粘度小喷出的雾粒就细、小，而且雾粒分布均匀【7 2 】；实验发现普通水和磁化水的文石结构和方解石结构差异明显，说明磁场对水合离子和缔合水分子其作用，使复杂的长链变成短链，使水滴变细变小【7 3 1 。( 2 ) 在喉管处和扩散管处均加上磁铁磁化后雾滴的粒径小于分别在两处磁化后液滴的粒径，说明两处都加磁铁的水滴雾化效果好，原因是磁场产生了叠加作用，磁化条件发生了变化，使得都加磁铁时比分别加磁铁对水的磁化效果要好。( 3 ) 在喉管处和扩散管处分别磁化的雾滴的粒径变化波动比较大，没有明显的规律，这说明在这两处分别磁化的效果差不多，和两处的磁场强度和方向等参数有关系。1 0 08 0名06 0赛4 02 0+ 函娃加j+ 扩敞管处+ 喉管处j( a ) 2 M P a 水压下磁化位置不同时液滴的S M D 值( a ) S M Dd i s t r i b u t i o nw i t hd i f f e r e n tl o c a t i o no fm a g n e tu n d e r2 M P a4 7江苏大学硕士学位论文E- t、一口=9 08 07 06 0呈5 0呈4 03 02 01 0O01 53 04 56 07 59 01 0 51 2 01 3 51 5 0Z 轴距离( 咖)( b ) 4 M P a 水压下磁化位置不同时液滴的S M D 值( b ) S M Dd i s t r i b u t i o nw i t hd i f f e r e n tl o c a t i o no f m a g n e tu n d e r4 M P a9 08 07 06 0呈5 0坌4 0L 一- 一，j 一J 一一一一1 JO1 53 04 56 07 59 01 0 51 2 0 1 3 5 1 5 0Z 轴距离( 衄)( c ) 9 5 M P a 水压下磁化位置不同时液滴的S M D 值( c ) S M Dd i s t r i b u t i o nw i t hd i f f e r e n tl o c a t i o no fm a g n e tu n d e r9 5 M P a喉管处加1 2 0fl4 02 0 0。- 。一一一一一。一_ 。一。01 53 04 56 07 59 01 0 5 1 2 01 3 51 5 0Z 轴距离( 岫)4 8- 9 5 M P a- 卜4 M P a，卜2 M P a无喉扩两 ：土一 ，江苏大学硕士学位论文1 2 0t 0 08 006 0凸皇4 02 0O扩散管处加磁铁01 53 04 56 07 59 01 0 51 2 0 1 3 5 1 5 0z 轴距离( 哪)喉管和扩敬管处加磁铁O1 53 04 56 07 59 01 0 51 2 01 3 51 5 0Z 轴距离( 棚)匡割9 5 M P a厂。一l - 9 5 M P a；卜4 M P a_ 卜一2 M P a( d ) 不同压力下的索太尔平均直径S M D( d ) S M Dd i s t r i b u t i o nu n d e rd i f f e r e n tp r e s s u r e s图4 9 粒径分布F i g 4 9S M Dd i s t r i b u t i o n从图4 9 ( d ) 可知，随着压力的加大，雾滴的粒径值大为减小且其分布的均匀性也得到了较大改善。这是由于在高压下，液体从喷嘴喷出时，较高的内外压力差及与空气较强的撞击力，使其易于破裂雾化成较细雾滴。所以喷嘴压力增加后雾化性能大为提高。从图4 9 ( d ) 中还可以看出，虽然随着水压的增大，S M D 呈下降趋势，但其下降的幅度并不与水压的变化成比例关系。这说明此种喷嘴在该实验工况下，提高其喷雾压力不能显著改变颗粒的雾化程度。加印舳柏如O江苏大学硕士学位论文4 4 2 轴向速度分布实验结果及分析图4 1 0 所示为P D P A 测得的距喷嘴下游4 5 0 衄处各测点的轴向速度曲线。( a ) 2 M P a 水压下磁化位置不同时液滴的轴向速度( a ) V e l o c i t yi nZd i r e c t i o nw i t hd i f f e r e n tl o c a t i o no f m a g n e tu n d e r2 M P a2 5，、231 5倒型1- r r暴O 50( b ) 4 M P a 水压下磁化位置不同时液滴的轴向速度( b ) V c l o c i t yi nZd i r e c t i o nw i t hd i f f e r e n tl o c a t i o no f m a g n e tu n d e r4 M P a江苏大学硕士学位论文( c ) 9 5 M P a 水压下磁化位置不同时液滴的轴向速度( c ) V e l o c i t yi nzd i r e c t i o nw i t hd i f f e r e n tl o c a t i o no f m a g n e tu n d e r9 5 M P a图4 1 0 轴向速度分布F i g 4 10D i s t r i b u t i o no fV e l o c i t yi nzd i r e c t i o n从图4 1 0 可知，( 1 ) 除个别点外，曲线的总体趋势是增加磁铁后即磁化水液滴的轴向速度比普通水的轴向速度要小，结合雾滴的粒径分布可知磁化前后雾滴的轴向速度与S M D 之间存在较好的对应性，其主要原因是液滴的直径大，惯性大，速度衰减小。( 2 ) 在喉管处和扩散管处均加上磁铁磁化后雾滴的轴向速度小于分别在两处磁化后液滴的轴向速度。( 3 ) 在喉管处磁化的雾滴的轴向速度大于扩散管处磁化的雾滴的轴向速度，这点和雾滴的粒径分布有所差异。( 4 ) 2 M P a 水压时轴向速度在Z 轴距离为1 3 5h i m 和1 5 0m m 处出现负值，说明这时的速度方向与之前的速度方向相反，出现了回流现象。4 4 3 雾滴的粒径和轴向速度关系分析由4 4 2 节分析可知雾滴的粒径和轴向速度之间存在定程度的吻合，如图4 1 l ，给出了水压为9 5 M P a 时雾滴的粒径和轴向速度的曲线图，可以更好地看出两者的关系。5 I江苏大学硕士学位论文图4 1 19 5 H P a 压力下雾滴粒径和轴向速度的关系F i g 4 】R e l a t i o n sb e t w e e nS M Da n dV e l o c i t yi nzd i r e c t i o nd i s t r i b u t i o nu n d e r9 5 M P a从图4 1 l 可以看出，雾滴的索太尔平均直径和轴向速度分布曲线变化趋势基本相同，即随着z 轴距离增加而增加。下面根据实验所得扩散管和喉管处都加磁铁的雾滴粒径和轴向速度数据，见表4 2 。采用曲线拟合的方法，用C u r v ee x p e r t软件进行分析，以期找出两者的定量关系。表4 2 扩散管和喉管处都加磁铁磁化雾滴粒径与轴向速度数据表T a b l e 4 2S M Da n dV e l o c i t yi nzd i r e c t i o nw i t hm a g n e tO i lt h r o a ta n dp r o l i f e r a t i o nt u b e经过反复试验，发现改组数据最佳的拟合曲线是五次多项式拟合曲线，其参数a 。1 6 6 7 8 0 7 5 2 1 7 7 ，b = 1 5 6 1 2 6 5 0 5 4 3 3 ，c = 、5 8 1 7 3 4 0 3 4 1 6 3 ，d = 0 1 0 7 9 1 4 9 6 9 8 7 1 ，萨0 0 0 0 9 9 6 4 8 7 4 7 0 3 4 6 ，f = 3 6 6 4 0 0 7 7 9 8 8 5 x 1 0 一，拟合曲线如图4 1 2 所示，其方差5 2江苏大学硕士学位论文S = 0 0 35 7 8 0 6 5 ，r = 0 9 8 0 8 7 8 5 0 。扩散管和喉管处都加磁铁磁化望E越裂匠暴雾滴粒径( U m )图4 1 2 扩散管和喉管处都加磁铁磁化雾滴粒径与轴向速度拟合曲线F i g 4 12A d j u s t m e n tC U l W e so fS M Da n dV e l o c i t yi nzd i r e c t i o nw i t hm a g n e to nt h r o a ta n dp r o l i f e r a t i o nt u b4 5 本章小结本章对自吸喷雾磁化水粒子的特性进行了实验研究。先是介绍了实验用自吸喷雾磁化装置的设计，包括( 1 ) 磁化方式的选取：永磁式方式，并设计了3 种规格的磁铁备用；( 2 ) 喷雾装置主体结构的初步设计，主要包括文丘里结构的喷雾器；( 3 ) 喷嘴类型的选择和结构尺寸的确定，本实验选择压力型喷嘴，直径为1 5 m m ；( 4 ) 喷雾装置的组成和主要结构参数的确定：喷雾装置包括喷雾装置主体和集风器，主要结构参数有喉管直径D 3 = 7 0 r m ，长度L = 3 5 m a ；渐缩管收缩半角1 3 = 18 0 ；扩散管扩散角a 取3 0 0 ，对应扩散管长度为5 6 m m ，扩散口内径D 4 = l O O m m ；集气口直径D l = 1 4 0 r m ，集气口长度L l = 3 0 r a m ；吸入室直径D 2 = 8 0 m m ，长度L 2 = 8 8 咖。其次，对P D P A 喷雾特性测量系统的简介以及实验方案的设计。系统地说明了P D P A 对雾滴粒径和速度的测量原理，给出了P D P A 喷雾特性实验系统图以及实验测量方法。最后对实验结果进行了处理和研究，粒径分布方面得到以下结论：( 1 ) 在3 种实验水压下，磁化水喷雾液滴的索太尔平均直径S M D 均小于普通水喷雾粒径；( 2 ) 在喉管处和扩散管处均加上磁铁磁化后雾滴的粒径小于分别在两处磁化后液江苏大学硕士学位论文滴的粒径；( 3 ) 在喉管处和扩散管处分别磁化的雾滴的粒径可比性比较差；( 4 ) 随着水压的增大，S M D 呈下降趋势，但其下降的幅度并不与水压的变化成比例关系。轴向速度测量分析结果有：( 1 ) 磁化水液滴的轴向速度比普通水的轴向速度要小；( 2 ) 在喉管处和扩散管处均加上磁铁磁化后雾滴的轴向速度小于分别在两处磁化后液滴的轴向速度；( 3 ) 在喉管处磁化的雾滴的轴向速度大于扩散管处磁化的雾滴的轴向速度；( 4 ) 在某些区域轴向速度显示负值，出现了回流现象。对雾滴粒径和速度的测量结果较好地与第三章的理论分析吻合，磁化后喷雾的雾化效果要好。对雾滴粒径和轴向速度的综合分析还发现：雾滴的粒径和轴向速度存在对应关系，符合五次多项式拟合曲线，即y = 口+ b D + c D 2 + d D 3 + e 1 ) 4 + f D 5 。江苏大学硕士学位论文第五章自吸喷雾磁化降尘实验研究5 1 实验系统及设备5 1 1 实验系统为了在实验室条件下比较不同喷雾状态以及同一喷雾状态在液体工质磁化前后的降尘效率，根据作业场所空气中粉尘测定方法1 7 4 】，建立如图5 1 所示的实验系统。891 01 11 2141 31 一温度计；2 一湿度计；3 一水箱；4 一高压水泵；5 一压力调节阀；6 一压力表；7 一流量计；8 一固定架；9 一集风器；1O 一喷嘴；1 1 一喉管；1 2 一扩散管；1 3 一发尘器；1 4 一粉尘采样仪图5 1 自吸喷雾磁化降尘实验系统示意图1 - T h e r m o m e t e r ；2 - H y g r o m e t e r ；, 3 - W a t e rt a n k ；4 - H i g h - p r e s s u r e dp u m p ；5 - P r e s s u r ev a l v e ；6 - P r e s s u r eg a u g e ；7 - F l o w m e t e r ；8 - B r a c k e tf i x i n g ；9 - W i n d s a i lc o l l e c t i o n ；1O - N o z z l e ；11 - T h r o a t ；12 一P r o l i f e r a t i o nr o b e ；13 - V i b r a t i n gd u s tg e n e r a t o r ；, 14 一D u s ts a m p l i n gF i g 5 1S c h e m a t i cs y s t e md i a g r a mo fd u s t - r e d u c t i o ne x p e r i m e n t ss y s t e mb ys e l f - i n h a l es p r a y e rw i t hm a g n e t i cw a t e r该实验系统由实验装置和实验测量两部分组成。实验装置部分包括自吸喷雾磁化降尘器一台，实验用蓄水池即水箱一个( 长宽各l m 、高1 5 m ) ，高压水泵( 向除尘装置提供高压水的动力泵) ，高压水枪( 用以调节工作压力) 和发尘器一台。测量仪器有补偿式微压仪，大气粉尘采样仪，橡胶软管若干根，温度计，湿度计一支，F C 2 0 4 型电子天平一台，秒表一只。本实验所采用的动力介质为清水。f江苏大学硕士学位论文5 1 2 降尘实验主要装置( 1 ) 发尘器粉尘产生与调节装置是采用国产畅达2 18 0 A 粉尘发尘器，此仪器主要有控制单元、喷粉枪、粉桶、硫化床、文丘里泵、移动支架小车等。为了保证实验粉尘发生的连续性，发尘浓度的均匀性和测量结果的可靠性，以及根据实验要求便于对粉尘浓度的实时调节，通过调节雾化调节钮调节喷枪出粉浓度的大小。为了保持发尘浓度的稳定性和均匀性，需要选择粒径比较小的微粒，为此，我们选用镇江谏壁发电厂袋式除尘器除下的粉尘作为实验粉尘。( 2 ) 粉尘采样仪粉尘采样仪是滤料计重法的主要仪器，其基本构件一般由采样头、滤料安放装置、流量计、抽泣泵、流量调节阀、控制电路及其他相关附件组成。其基本原理是，电源打开后，抽气泵形成负压，待测定的含尘空气在负压的作用下被抽吸到采样仪，待测得粉尘被阻留在滤膜或滤筒中。根据采样前后滤膜的增重( 即集尘量) 和总抽气量，就可算出单位体积空气中的质量含尘浓度。采样时间根据采样地点的含尘浓度来定，一般取1 0 - - 1 5 m i n 。含尘浓度高时，采样时间可短些，否则滤膜上沾尘过多，取出时易脱落，影响测定结果。由于本实验中粉尘浓度很高，采样时间在1 m i n 左右。实验中所用的滤膜是由一种直径为1 2 1 5 t m 带有电荷的超细纤维( 高分子聚合物) 构成。在一般温度下( 温度在6 0 以下，相对湿度为2 5 9 0 ) ，滤膜的质量不受温、湿度的影响。但是本试验所在环境的湿度较大，达9 4 以上，所以在采样前后称重时，都先经过干燥器烘干，从而避免了湿度带来的滤膜质量变化的影响。滤膜有平面形和锥面形两种，试验中采用的滤膜是平面形的，滤膜直径为4 0 舳。因为这种滤膜的容尘量相对较小，比较适用于空气含尘浓度小于2 0 0 m g m 3 的场合。5 2 参数的测定与实验步骤5 2 1 参数测定( 1 ) 滤膜质量：采用型号为F C 2 0 4 型电子天平，精度为O 1m g ；( 2 ) 粉尘采样仪采样时间：秒表：江苏大学硕士学位论文( 3 ) 空气密度：空气密度计算公式：舢0 0 3 4 8 4 志( t 一半) 枷3 - ，式中：P 一空气压力，取标准压( 1 0 1 3 x 1 0 5 P a ) ；只空气温度t 时，饱和水蒸气分压，心( 可以在相关附表中查找) ；f 一空气温度，t = 1 8 5 ；伊一相对湿度，缈= 6 9 5 。空气的温度( 干温、湿温) 和相对湿度用干湿球湿度计测量。由P =1 0 1 3 x 1 0 5 P a ，查饱和水蒸气表：对应于干温f = 1 8 5 时，见= 2 1 2 9 ，由湿球湿度计上的相对湿度表得：9 = O 8 6 。符合现行作业要求( 一般作业环境只要求f s2 6 ，相对湿度 9 0 ) 。5 2 2 实验步骤( 1 ) 准备滤膜：将滤膜于烘箱中干燥一小时，用镊子取下滤膜两面的夹衬纸，放置于电子天平上称量，记录初始质量M ，然后将滤膜装入滤膜夹，确认滤膜无褶皱或裂隙后，放入带编号的样品盒里备用。( 2 ) 粉尘采样：取出准备好的滤膜夹，装入采样头中拧紧，采样时，滤膜的受尘面应迎向含尘气流，采样流量为0 9 0 5 m 3 h 。( 3 ) 将滤膜放在烘箱中干燥一个小时，然后置于电子天平上测量其质量，记录质量m 2 。( 4 ) 计算初始粉尘浓度C 。c = 丑1 0 0 0 ( m g m 3 )( 5 2 )D f7式中：啊一采样前的滤膜质量，m g ；m ：一采样后的滤膜质量，m g ；f 一采样时问，m i n ；Q 一采样流量，L l m i n 。( 5 ) 采用降尘措施后粉尘浓度C ，的测定：磁化前后喷雾正常十分钟后，将粉尘江苏大学硕士学位论文采样仪置于喷雾下游方向一定距离后进行采样，按第步骤( 4 ) 的测量方法计算粉尘浓度C 2 。( 6 ) 计算磁化前后喷雾器的总降尘效率：可= 警枷限3 )( 7 ) 比较单喷嘴和自吸喷雾以及自吸喷雾磁化喷雾降尘效果。5 3 实验结果及分析5 3 1 实验结果本文采用图5 1 所示的除尘率实验系统图，对水被磁化前后的喷雾降尘效果进行了对比测试。发尘装置的发尘性能稳定与否是影响除尘率测定的关键因素，因此采取测定一个原始粉尘浓度样，同时迅速测定喷雾状态的粉尘浓度的方法，这样就避免了由于发尘装置的发尘误差所引起的除尘率测定误差。试验条件：环境温度为1 8 5 0 ，相对湿度9 4 ，空气的密度为1 2 0 堙研3 ，试剂为不含杂质的自来水，兹将实验结果列于表5 1 。5 3 2 结果分析从表5 1 的实验结果可以看出，在同一种喷雾压力下：( 1 ) 自吸喷雾降尘比单喷嘴喷雾降尘效果好。自吸喷雾与单喷嘴喷雾的区别在于具有一个文丘里结构的雾化装置，它依靠射流泵原理，在喷嘴出口及喉管处形成负压将含尘气流从吸入室及外界卷吸到文丘里管中，而且压力水经过自吸式旋转喷雾器喷出来的为细小雾滴和气泡的混合体，这有利于提高降尘效果。( 2 ) 磁化后的降尘率要比未磁化喷雾降尘率高，这与第三章中关于自吸喷雾降尘机理的理论分析结果相致。喷雾经磁化后，其物理化学性质可发生暂时的变化。这些理化特性改变包括表面张力和粘度会降低、喷雾体对粉尘的润湿程度有所改善、磁化喷雾的蒸发会加快、径向分布会改变，较大的分子集团链中的氢键会发生弯曲和局部断裂，复杂的长键状变成短键，形成具有活性的极性水分子。这样，使得水与粉尘表面的相互吸引力增加，更容易在粉尘表面吸附，增加了粉尘的润湿性，又可使水的晶构变短，使水珠变细变小，有利于提高水的雾化程度，江苏大学硕士学位论文注：表内数据均为2 至4 次平均数；水压为1 M P a 时，发尘不稳定，导致粉尘浓度异常，但由于对应同一水压的测量条件相同且计算后的降尘效率是比值，所以该组数据仍具有可比性。( 3 ) 磁化位置不同，喷雾降尘效率也不同。原因是磁化位置的变化，导致磁化条件的变化。我们知道喷雾在离开喷嘴的不同距离处的速度不同，水流与磁力线的方向也发生了变化，而且磁场强度也因磁铁各异而不同，这些影响磁场对水的磁化效果，进而影响水对粉尘的捕捉能力。表5 2 列出了未磁化以及磁化后，即规格不同的磁铁分别放在喷嘴处、喉管处、扩散管处以及在喷嘴、喉管和扩散管处同时放上磁铁的全尘降尘结果。从中我们可以看到，水被磁化后的喷雾降尘有所提高，但磁化位置不同的降尘效果相差比较明显。其中磁铁放喷嘴处和扩散管处的平均降尘率相差不大，在喉管处磁化的降尘率最低。同时在喷嘴、喉管和扩5 9江苏大学硕士学位论文散管处放上磁铁的降尘效果比较明显，在4 M P a 时其全尘降尘率达到了8 9 1 9 ，而其与未磁化时的相对降尘比率平均值达到了2 4 2 6 。因此，磁化喷雾降尘将能有效改善喷雾的降尘效果。表5 2 磁化位置不同时的降尘率T a b l e 5 3O v e r a l ld u s t - s e t t l i n ge f f i c i e n c yw i t hd i f f e r e n tl o c a t i o no f m a g n e t so ns p r a y e r5 4 本章小结本章主要测定比较了不同喷雾状态以及同一喷雾状态在液体工质磁化前后的降尘效率，采用了滤膜称重法测量。本章先是设计了自吸喷雾磁化降尘实验系统图，实验主要装置部分采用第四章喷雾特性实验喷雾子系统装置，然后对测定降尘率的主要装置：发尘器和粉尘采样仪进行了介绍。最后对实验结果进行了分析处理，并得出了以下结论：( 1 ) 自吸式喷雾方式降尘效果要比单喷嘴喷雾的好；( 2 ) 磁化后的降尘率要比未磁化喷雾降尘率高，在喷嘴处、喉管处、扩散管处以及三处都放磁铁磁化的总降尘率分别比磁化I j 的提高了7 6 4 7 、4 7 3 3 、9 11 3 、2 4 2 6 ；( 3 ) 磁化位置不同影响喷雾降尘效率；( 4 ) 在喷嘴处、喉管处和扩散管处同时加磁铁的总降尘率提高很明显，说明磁化喷雾将能有效改善喷雾的降尘效果。江苏大学硕士学位论文6 1 结论第六章结论与展望本文首先对自吸式旋转喷雾降尘的基本理论分析研究，包括喷雾捕尘机理、喷嘴雾化机理、自吸旋转喷雾的雾化过程及喷雾器设计依据、喷雾器雾化特性指标以及影响除尘效率的因素。然后对自吸喷雾磁化水降尘机理进行了理论探讨，分析了纯水的结构以及水被磁化后其基本理化特性的变化，磁场对流过磁场的水的作用以及磁化水对捕尘效果和雾化性能的影响等。最后对自吸喷雾磁化降尘进行实验研究，包括喷雾粒子特性实验研究和自吸喷雾磁化降尘效率实验两部分，并对实验结果进行了分析研究。通过本文的研究主要可以归纳如下的几点结论：( 1 ) 通过对自吸喷雾磁化喷雾雾化理论及关捕尘机理的研究，结合文丘罩管湿式除尘器以及参考前人的研究，设计并确定了自吸喷雾磁化喷雾装置，主要包括喷雾装置主体和集风器，主要结构参数有喉管直径D 3 = 7 0 n m a ，长度L 4 = 3 5 m m ；渐缩管收缩半角1 3 = 1 8 0 I ，扩散管扩散角0 【取3 0 0 ，对应扩散管长度为5 6 r a n ，扩散口内径D 4 = 1 0 0 r a m ；集气口直径D 1 = 1 4 0 r a m ，集气口长度L l = 3 0 r a m ；吸入室直径D 2 = 8 0 1 m ，长度L 2 = 8 8 r m 。( 2 ) 对自吸喷雾磁化降尘机理的理论研究发现磁场能够改变水的物化性质，其中与降尘有关的为水的表面张力、粘度会有所下降，磁化的水蒸发率会提高，水中的氢键也会由长键断裂成短键，使水的活性增强，这些理化性质的变化导致其他条件相同的情况下，磁化水的捕尘效果和雾化性能比普通水的好。( 3 ) 通过自吸喷雾磁化水粒子特性实验研究，我们得到以下结论：在不同的水压下，磁化水喷雾液滴的索太尔平均直径S M D 都要小于普通水喷雾的S M D ；在喉管处和扩散管处均加上磁铁磁化后雾滴的粒径小于分别在两处磁化后液滴的粒径；随着水压的增大，S M D 呈下降趋势，但其下降的幅度并不与水压的变化成比例关系；磁化6 仃后液滴的轴向速度与其粒径之间存在对应的关系，即液滴的粒径越6 l江苏大学硕士学位论文大，则其轴向速度也越大，原因分析为液滴的直径大，惯性大，则速度衰减就小；轴向速度在某些区域显示负值，说明出现了回流现象。应用C u r v ee x p e r t 软件，拟合出了雾滴的轴向速度与S M D 之间的定量关系式( 符合五次多项式拟合曲线) ：y = 口4 - b D 4 - c D 24 - d D 34 - e D 44 - 矽5 。粒子雾化特性实验研究结果与自吸喷雾磁化降尘机理的理论分析吻合，磁化后喷出来雾滴的粒径更小，粒子的雾化性能得到改善。( 4 ) 自吸喷雾磁化降尘实验结果表明：自吸式喷雾方式总粉尘降尘效率要比单喷嘴的高；自吸磁化喷雾的降尘效率高于普通水自吸喷雾的降尘效率，且喷嘴处、喉管处、扩散管处以及三处都磁化的总降尘率分别比磁化前提高了7 6 4 7 、4 7 3 3 、9 1 1 3 、2 4 2 6 ；磁化位置不同，喷雾降尘效果也不同，在在喷嘴、喉管和扩散管处同时磁化的降尘效果提高很明显，在4 M P a 时其全尘降尘率达到了8 9 1 9 。降尘实验的结果也与自吸喷雾雾化机理和磁化降尘机理的理论分析以及粒子雾化特性实验结果相一致，说明磁化水喷雾有利于提高喷雾降尘效果。总之，本文通过理论研究和实验研究相结合的方法，得出了自吸喷雾磁化降尘效果较普通水降尘效果好。6 2 展望由于时间和能力有限，本文在完成的过程中还存在很多缺陷与不足。以下是对论文中不完善之处做一简单说明，并热切期望在以后的研究工作中加以补充和完善。( 1 ) 喷雾雾化理论研究有待进一步深入，加强对各种雾化机理模型的探讨，了解雾化规律；( 2 ) 欠缺对喷雾装置的结构参数的最优化研究，只是在前人的研究基础上设计并确定其尺寸，这对实验结果有一定影响；( 3 ) 对降尘效率的研究比较单一，若能测定磁化作用对粉尘分级效率的影响将更有说服力；( 4 ) 本文侧重理论研究和实验研究相结合，鉴于数值模拟研究已经发展得很成熟，有待于将实验结果和数值模拟结合验证其正确性；( 5 ) 本文得出的结论依赖于本文提供的实验条件。在不同于本文所叙述的实验江苏大学硕士学位论文条件时，实验结果有可能会产生一定的误差。本文对于自吸喷雾降尘技术的研究仅仅进行了初步的探讨，还需进一步的研究和完善。自吸喷雾磁化降尘是将自吸喷雾降尘和水磁化技术相结合的除尘方法，该技术对粉尘捕尘性能可靠性好，能明显提高喷雾对粉尘的去除效率。该方法的使用不只局限于水，还可以是其它的液体，比如应用化学反应来控制泄露、污染以及除去有害气体等，它可以在非金属矿山喷雾降尘、工厂环保的水幕降尘、车间或井下降尘中使用等。江苏大学硕士学位论文参考文献【l 】张安明，李德文电介喷嘴高效喷雾降尘的试验研究【J 】煤炭工程师，1 9 9 7 ( 1 ) ：3 5 【2 】李德文，严吕炽荷电水雾对呼吸尘的捕集机理及捕集效率【J 】煤矿安全，1 9 9 3 ( 1 2 ) ：5 - 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