國內(nèi)外研究動態(tài).doc

國內(nèi)外研究動態(tài)液體的霧化，是大容積的液體在氣體環(huán)境中變成液霧或者其他小霧滴的物理過程，其目的是增加液體的比表面積。在液體本身的動能、氣體環(huán)境中的高速氣流或者旋轉(zhuǎn)、振動等外部機械設(shè)備作用下，通過將液體破碎成霧滴、射流或者液膜來最終實現(xiàn)霧化。在霧化過程中，能量的耗散主要由流動液體的應(yīng)變能（變形所做的功）、形成相間表面（霧滴）時克服表面張力和粘滯力所做的功以及傳給霧滴的動能和克服流體阻力所做的功等方面決定。 國外學(xué)者早在19世紀(jì)下半葉就已經(jīng)開始對液體的霧化機理進(jìn)行研究，到現(xiàn)在已經(jīng)得到了幾種不同的重要理論。液體的霧化可以使用各種型式的霧化器來實現(xiàn)，但是霧化的過程大體相同，從基本過程上大致可以分為兩種類型：射流破碎、薄膜破碎。射流破碎方面：較早研究液體射流破碎并作出一定貢獻(xiàn)的是Rayleigh3，他在1878年發(fā)表了非粘性液束在層流狀態(tài)下散裂的數(shù)學(xué)表達(dá)式, 最早提出了射流不穩(wěn)定理論。他指出：當(dāng)擾動波長大于液柱周長時，擾動就會加劇，從而使液柱不穩(wěn)定；當(dāng)擾動波長（為液柱直徑）時，其增長速度最快，此時破碎后的霧滴直徑。1904年Lenard4最先對大霧滴在靜止空氣中做自由落體運動和小霧滴隨水蒸氣一起運動時的情況進(jìn)行了考察。1931年Weber5在Rayleigh研究的基礎(chǔ)上,把液體的粘性、表面張力、密度等因素考慮在內(nèi), 從而發(fā)展了瑞利的理論, 并導(dǎo)出了形成粘性射流最大不穩(wěn)定性的比值。他認(rèn)為：如果初始擾動的波長小于，則表面張力將抵消擾動；反之，則表面張力將促進(jìn)擾動，從而最終導(dǎo)致射流破碎。并且當(dāng)波長為 時，霧滴最容易形成。 由上述可見, 到了本世紀(jì)三十年代,人們對液束散裂的研究已發(fā)展到了可將空氣阻力對液束的影響加以考慮的水平。在這期間, 對霧化機理貢獻(xiàn)較大, 值得一提的另外一名科學(xué)家是奧內(nèi)佐格6-7。他在1936與1937年發(fā)表了兩篇文章, 報導(dǎo)了其研究成果。他得出的液束的穩(wěn)定性是雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)這一推論的基礎(chǔ)上, 成功地列出了液束的穩(wěn)定性與雷諾數(shù)的關(guān)系式。他將液束的分散傾向用液體的粘度、密度、表面張力、液束尺寸等表示。奧內(nèi)佐格的研究表明, 在沒有周圍空氣影響的情況下, 射流破碎后的液滴尺寸主要取決于噴口直徑, 液體的密度、表面張力和粘性力, 并且, 依此整理出了無因次準(zhǔn)數(shù)Z 來進(jìn)行描述。薄膜破碎方面：薄膜破碎有輪緣形破碎、穿孔形破碎、波動形破碎三種方式, 薄膜破碎后形成的液滴的平均尺寸及尺寸分布與破碎的方式密切相關(guān)。1947年Hinze8給出液滴三種最基本的變形方式：雙凸透鏡狀變形，雪茄狀變形、凸起狀變形 。對液膜波動情況研究比較早的是Squire9他通過對液膜波動情況的分析研究, 在1953年提出了液膜的穩(wěn)定性理論。對液膜破碎機理研究較細(xì)致的是Hagerty10 。1955年他對液膜上存在的對稱與非對稱波動擠況進(jìn)行了分析研究,得出結(jié)論：非對稱波動的成長速度較對稱波動的成長速度快, 因此,液膜的分裂是由非對稱波引起的 1 9 6 2 年Dombrouski 11對扇狀廣闊的液膜的分裂過程進(jìn)行了研究.他在密度不同的空氣中用扇形噴咀對水進(jìn)行了噴霧實驗并實測了液滴的粒徑, 通過對實驗數(shù)據(jù)的整理得出了相應(yīng)的關(guān)聯(lián)式用以預(yù)測霧滴的直徑。日本的上山惟一12對圓盤狀液膜的穩(wěn)定性及其散裂間題進(jìn)行了研究. 其研究結(jié)果表明,液膜上波動的波長、頻率與環(huán)境中氣流流動的速度, 液膜的表面張力及其粘度、氣液密度等有一定的關(guān)系并且指出液膜的散裂過程也就是波動振幅的增加、波峰處液體體積積累而波谷處液體體積減少, 最后導(dǎo)致散裂的過程。我國在噴霧霧化機理及特性方面的研究起步較晚，隨著現(xiàn)代技術(shù)尤其是監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)學(xué)者在霧化機理及特性的研究上也取得了不小的成果。我國的欒文琦13在1990年對旋渦式壓力噴咀的霧化機理進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。建立了壓力噴霧分裂模型, 其研究表明壓力噴咀所產(chǎn)生的液滴是在波的作用下形成的。1997年,汪海淸等人14針對他們之前提出的燃汕二次霧化機理的假設(shè),乂做了燃汕二次霧化噴射模型的研究。2000年,蔡慶軍等人15針對液體從首次破碎到二次破碎這個階段進(jìn)行了研究,研究結(jié)果顯示:首次破碎后的液體塊,首先變形,呈現(xiàn)為樹枝狀,然后進(jìn)一步變長變細(xì),最后斷裂破碎為小液滴。2003年,杜青、丁寧等人16在加熱條件下,釆用數(shù)值模擬的方法,對泰勒模式下的液膜射流破碎進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示:當(dāng)物理條件不同時,液膜射流破碎時會表現(xiàn)出不同的模式特征,這些不同的模式特征均由對稱反對稱模式分別控制或共同控制。2004年,針對預(yù)混式的氣力噴霧系統(tǒng),張瑞洪等人17研究了氣、液混合兩相流的流場,考慮到目前在氣力霧化的技術(shù)中,存在一辟缺陷,如能耗大、氣液比高等,他們從流體力學(xué)理論出發(fā),對混流器建立了流動理論模型。2008年,針對液滴的二次破碎過程及機理,成曉北,翰洪玲等人18在高壓噴射時進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,液滴在高速運動時,液滴進(jìn)行二次分裂的誘因是作用在其表面上的不平衡力。2009年,利用粒子動態(tài)分析儀(PDA),南京理工大學(xué)的余永剛等人19研究了大氣中的雙孔對撞射流及單孔圓柱形射流的霧化特性。通過測量噴霧場中霧化液滴在徑向和軸向的索特平均直徑(SMD)及在這兩個方向上的速度,他們重點研究了噴嘴的嗩孔直徑、液體的噴射模式及其噴射壓力對噴霧特性的影響。研究結(jié)果顯示:在噴霧場中,雙股對撞射流相比于圓柱形的單股射流,其處于下游空間里的霧化液滴的速度和SMD比較穩(wěn)定。在噴霧特性研究方面，以程衛(wèi)民、周剛為代表的研究人員也有不少建樹，尤其是在霧粒粒徑的分布方面。 3 Rayleigh，Lord，On the Instability of Jets，Proc. London Math. Soc，Vol.10，1878，p4-13 4Lenard P.，Meteorol Z.，Atomization and Spray，Vol.21，1904，p249 5 Wber，C.，Desintegration of liquid jets，Z. Angew. Math，Mech.，Vol.11，No. 2，1931，p136-159 6Ohnesorge.G.,Z.Angew Math.U.Mech.,16,355(1936).7Ohnesorge.G,Zeitschriftdes Vereins Deutscher Ingenieure,81,No.16(1937). 8Hinze，J. O.，F(xiàn)undamental of the Emulsion in Definable Filed Flow，Proc. Phys. Soc. Londan，Vol. 59，No. 331，1947，p1-13 9H.B.Squire,British.Applied Physics.,4,167(1953).10W.W.Hagerty,H.F.Shear,Appl.Mechanics.,22,500(1955).11N.Dombrowski,P.C.Hooper,Chem.Eng.Sci.,17,291(1962). 12賀文智,陳宇峰,孟慶. 液體霧化機理的研究進(jìn)展J. 內(nèi)蒙古石油化工,1996,03:13-16. 13欒文琦,佛明義. 壓力噴霧分散模型初探J. 化學(xué)工程,1990,05:56-60+5-6.14汪海清,劉永長,賀萍,宋軍. 燃油噴射2次霧化模型J. 內(nèi)燃機學(xué)報,1997,02:78-84.15蔡慶軍,韓肇元,萬群,張壽齊. 液體環(huán)軸對稱拋撒首次破碎后期的實驗研究J. 流體力學(xué)實驗與測量,2000,01:57-62.16杜青,丁寧,金中國,郗大光,楊延相. 加熱條件下泰勒模式液膜射流破碎的模式特征研究J. 燃燒科學(xué)與技術(shù),2003,05:413-418.17張瑞宏,管榮根,孔德軍,吳春篤