气水雾化喷嘴特性实验的研究.doc

气水雾化喷嘴特性实验的研究 　　[摘要]为解决冷却器换热效率低的问题,提出将气-水雾化喷嘴应用于间接蒸发冷却,实验研究间接蒸发冷却器专用扇形气-水两相雾化喷嘴的特性,获得不同压力时喷嘴的雾化角和气水流量值及其变化规律,确定出最佳的喷雾气水比和雾化角等特性参数。 　　[关键词]地铁间接蒸发冷却雾化喷嘴雾化特性 　　中图分类号:TQ-9文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1220125-01 　　 　　一、前言 　　 　　蒸发冷却是人类已知最早的冷却方式,随着能源短缺和环境问题的日趋突出,由于其具有节能、环保、经济及改善室内空气品质等独特优势,蒸发冷却技术越来越引起广泛的关注。蒸发冷却分为直接冷却和间接冷却,现有的间接蒸发冷却计算模型都是基于间接蒸发冷却器表面水膜完整、均匀的重要假设,但是,由于表面张力的作用,换热器表面形成的水膜远远谈不上完整、均匀,因此,换热器换热效率低下。 　　为了改善换热器表面水膜的均匀性,提高换热效率,黄翔教授研究了改进布水器结构型式和包覆吸水性材料的布水效果,结果表明换热器表面润湿系数增大,提高了换热器的热质交换效率。朱冬生教授实验研究了扭曲管和管外亲水处理的水膜分布情况,研究发现能获得较好的水膜分布。以上几种方法可以一定程度上改善换热器表面水膜均匀性,提高换热性能,但都不可避免要增加热阻,长期使用后形成的水垢必然影响包覆吸水性材料的性能,不能从根本上解决换热器表面水膜均匀性的问题。因此,本文提出通过气-水雾化喷嘴将水雾化后喷射到换热器表面,形成均匀完整的水膜强化换热,实验研究喷嘴喷雾气水比、雾化角等重要参数,为气-水雾化喷嘴运用于间接蒸发冷却器提供基础数据。 　　 　　二、实验系统及实验方法 　　 　　间接蒸发冷却的关键在于换热器表面水膜的均匀性和完整性,因此,喷嘴性能对换热器表面水膜状态具有决定性的影响,它受喷雾压力、喷雾流量、雾化角、喷嘴口径等参数的影响,本文用水作为喷雾液体介质,用水泵对水提升加压,提供所需的压力,用空气压缩机提供压缩空气作为气体介质,喷嘴采用气-水两相扇形喷嘴。为了能够准确调节流量,调节阀门均采用针型阀,同时在管路上安装转子流量计和压力表,在测量过程中还要对测量的介质进行压力修正。读取流量计上的读数后根据流量计使用手册所提供的相关公式进行流量修正。 　　在实验中,首先将水压调节到0.1MPa并维持这一压力值,再依次调节空气压力值为0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa(空压机所能提供的压力范围)进行喷雾实验,记录每组实验所测得的流量,并进行修正,同时将高像素数码相机固定在与喷雾扇形面垂直的同一位置上,连续拍下5张喷嘴的喷雾图像。然后调整水压为0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa,再分别调整空气压力,重复上述实验,得出实验数据和图像。 　　 　　三、实验结果分析与讨论 　　 　　(一)喷雾最佳气水比 　　为获得气-水雾化喷嘴喷雾的最佳气水比,对在水压为0.1Mpa、0.15Mpa、0.2Mpa、0.25Mpa时测得的不同气水压力比时的空气和水流量数据曲线进行拟合,喷嘴喷雾气水质量比随气水压力比的增大而增大。 　　不同气水压力比条件下喷嘴的典型雾化图,实验时最小气水压力比、中间比例的气水压力比和最大气水压力比时的雾化图。通过实验观察对比发现,当气水压力比较小时,喷嘴雾化效果较差,换热器表面形成水流;当气水压力比较大时,雾化效果很好,雾粒直径很小,但在换热器表面很难形成水膜;而在相近的压力条件下喷嘴喷出的水雾不仅效果好,而且很均匀的附着在换热器表面。 　　当喷嘴的实际喷雾效果最好时(喷嘴喷出的水雾能在换热器表面形成均匀的水膜),气水压力比在1.5～2.0之间,而此时气水质量比则为1.5～3.0,质量比过小很难形成均匀的水雾,而过大则又很难附着在换热器表面,因此可以认为压力比Pg/Pl=1.5～2.0及质量比为Mg/Ml=1.5～3.0时为该扇形喷嘴雾化的最佳气水比。 　　 　　(二)喷雾压力与雾化角的关系 　　1.雾化角的确定。由于从喷嘴喷射出的雾化角及雾化形状受外界因素的影响较大,如喷射压力和风速等。本文所得喷雾雾化角是采用图像法近似求得,在喷嘴的出口作雾化边界的切线,两根切线的夹角即为出口雾化角。 　　2.喷雾压力与雾化角的关系。利用所示的方法将每组实验所拍的喷嘴雾化图像,经过处理后提取雾化边界线,求出每张图像的雾化角,然后每组取平均值,得到该组气水压力比时的喷嘴出口雾化角。 　　将所求的出口雾化角和喷雾气水压力比进行拟合后得到如图1所示的曲线。 　　从图1中可以看出,随着气水压力比的增大,喷嘴出口雾化角逐渐减小,并且变化幅度也随着减小,但当气水压力比增大到某一值后,