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脉动气流雾化料液的尝试研讨

信息来历: | 宣布日期: 2014-03-24 00:00:00 | 阅读量:1027
关头词:脉动气流雾化料液的尝试研讨

                   肖志锋    谢翔燕    王俊    刘相东
            中国农业大学工学院农业工程系,北京(100083)

    摘  要:脉动熄灭器发生的低温振荡尾气流对良多料液能同时停止破裂和枯燥,供给了一种新的雾化体例——脉动气流雾化,它用于喷雾枯燥能够或许以更低的本钱取得品质更好的粉末颗粒。本文研讨了脉动熄灭尾气流雾化料液进程中料液流量、脉动气流频次和料液粘度对雾化粒度和粒度散布的影响纪律。本尝试接纳的是小型亥尔姆霍茨(helmholtz)型脉动熄灭器,经由进程激光测试仪取得雾粒的粒度和粒度散布等数据。尝试成果阐发标明:脉动气流频次越大、料液流量越小和料液粘度适中时雾化成果^好;接纳脉动气流雾化取得的雾滴的sauter平均直径更细,粒度分量散布平均。
    关头词:脉动熄灭;料液雾化;喷雾枯燥;粒度阐发

          experimental investigation on liquid atomization by
                  an oscillating flow
              z. f. xiao  x. y. xie  j. wang  x. d. liu*
          (college of engineering, china agricultural university)
    abstract:a pulse combustor offers a new atomization method for spray drying that yields higher quality powders at lower cost. it uses hot and oscillating exhaust gases from a pulse combustor to simultaneously break up and dry a wide range of feed materials. in this work the effect of the oscillating frequency, the solution density, and its flowrate on the mean diameter and distribution of droplets atomized by an experimental scale of holmholtz type resonator were analyzed. the mean diameter and the distribution of atomized droplets were measured from an optical analyzer. the results indicate that the sauter mean diameter is smaller and the diameter distribution is more uniformity for the droplets obtained from a pulsating flow than those from conventional atomizers.
    keywords:pulse combustion;atomization;spray drying;droplet distribution
弁言
    脉动熄灭喷雾枯燥手艺是将脉动熄灭器与传统喷雾枯燥进程相连系而成的一种新型枯燥手艺,具备能源操纵率高,排放净化小,传热传质效力高,装备简略等长处,该手艺操纵一种更有用的热能发生器——脉动熄灭器发生的高频、低温、高速振荡尾气流间接将液态物料雾化成小雾滴,而后疾速实现雾滴的枯燥进程[1]。传统的喷雾枯燥装备因为喷嘴轻易梗塞和磨损,常常须要停机补缀和改换喷嘴。作者在对脉动熄灭器利用进程的研讨中发明,操纵脉动熄灭器发生的高速脉动气流可间接雾化料液,无需喷嘴和高压泵,可免去喷嘴维修的时候和用度,也无需气体泵送装配,这明显是脉动熄灭喷雾枯燥手艺所具备的一个^大长处。以脉动气流作为雾化能源,对料液停止雾化操纵,将能处置传统的喷雾枯燥手艺困难。今朝,国际外对脉动熄灭喷雾枯燥的研讨首要集合在其枯燥进程的传热传质、数值摹拟等根本实际方面和物料的枯燥顺应性方面[2~5],而对枯燥前脉动气流料液雾化方面的研讨少少。脉动气流对料液的雾化成果对后续的雾滴枯燥进程的有用停止和枯燥后固体颗粒产物的品质都紧密亲密相干,是以,深切领会脉动气流雾化的特色、成果和感化机理很是须要。
    评估料液雾化成果的两个^首要目标是雾滴粒度和粒度散布。本研讨的首要目标是经由进程脉动气流雾化尝试根究料液流量、脉动气流频次和料液粘度这三个身分各自对雾滴粒度和粒度散布的影响纪律,但愿有助于脉动气流雾化机理的研讨,为脉动熄灭喷雾枯燥手艺的进一步开辟和操纵供给参考。
1 尝试装配与体例
1.1 尝试装配
    图1所示为脉动气流雾化料液尝试装配表现图,装配主体为脉动熄灭器和激光粒度测试仪。
       

                                       图1  脉动气流雾化料液尝试装配表现图
1-液化气瓶;2-减压阀;3-转子流量计;4- u形压力计;5-电磁阀;6-节制器;7-燃气去耦室;8-燃气阀;9-火花塞;10-氛围阀;11-鼓风机;12-熄灭室;13-尾管基段;14-尾管;15-料液进口;16-激光粒度测试仪
    停止脉动气流雾化尝试,起首须要一台任务机能不变靠得住的脉动熄灭器,本研讨接纳功率为25 kw的膜片式亥尔姆霍茨(helmholtz)型脉动熄灭器[1]发生高频、低温、高速的脉动尾气流,脉动气流与从料液进口流入的料液夹杂而停止雾化尝试,料液进口位于尾管结尾。根据脉动熄灭器频次跳变道理,脉动气流的脉动频次经由进程转变脉动熄灭器尾管的长度来转变[2]。料液的流量和粘度别离经由进程转子流量计和粘度计丈量。雾滴的粒度和粒度散布两个目标在本文别离用雾滴的sauter平均直径(dvs)和粒度分量散布表现。雾化后雾滴的dvs值和粒度分量散布图由英国malvern公司出产的mastersizer s型激光粒度测试仪[6]取得,激光粒度测试仪装置在距料液管出口下方280mm处,此处料液雾化完整。
1.2 尝试设想和支配
    经由进程后期豫备尝试,本文尝试设想以下:起首停止脉动频次为100hz以水为料液的差别流量前提下的脉动雾化尝试,料液流量选三水平(62l/h、54 l/h和35 l/h);再停止料液流量为35 l/h以水为料液的差别脉动频次前提下的脉动雾化尝试,脉动频次选三水平(100hz、75hz和61hz);^后停止100hz频次和35l/h流量下差别能源粘度麦芽糖溶液的脉动雾化尝试,尝试质料选用北京市饴糖厂出产的高麦芽糖浆,经由进程浓缩差别的倍数取得差别的粘度,粘度选四水平(0.001pa.s、0.007 pa.s、0.016 pa.s和0.041 pa.s)。每工况下尝试的详细步骤以下:
    1)装置脉动熄灭器,牢固燃气流量为0.9m3/h,选定脉动频次水平;
    2)装置激光粒度测试仪,挑选直径为300mm的透镜,其粒度丈量规模为0.5~880µm;
    3)装置尝试台,调剂尾管出口与激光光束的地位,其垂直间隔为560mm是激光探测器收罗数据点的^佳地位;
    4)扑灭脉动熄灭器,停止此前提下激光粒度测试仪光学校准和背景规零;
    5)别离选定料液的流量水平和粘度水平,检测其雾化成果,记实尝试数据;
    6)挑选激光测试仪的多分离相阐发模子和standard-dry(3rha)表现式,停止数据处置,得出雾滴的dvs值和粒度分量散布图。
2 尝试成果和阐发
2.1 脉动频次必然,料液流量变更前提下雾化
    图2是脉动频次为100hz的脉动气流雾化流量变更的纯水料液时所取得的雾滴粒度分量散布图。当流量别离为62l/h、54l/h和35l/时,测得雾滴dvs值别离为73µm、70µm和66µm。频次为100hz的脉动熄灭器发生的脉动气流在雾化差别流量的料液时,跟着流量的减小,雾滴dvs值减小,粒度分量散布越平均。尝试中还发明当流量低于28l/h时,雾滴粒度太小,极易被蒸发而来不迭停止检测。为便利尝试数据检测,本文挑选雾化成果较好的流量为35l/h前提下停止后续尝试。

        图2  脉动频次100 hz雾滴粒度分量散布图             图3  料液流量35 l/h 雾滴粒度分量散布图
2.2 料液流量必然,脉动频次变更前提下雾化
    图3是流量为35l/h的纯水料液脉动频次变更时所取得的雾滴粒度分量散布图。当脉动频次别离为100hz、74hz和61 hz时,测得雾滴dvs值别离为66µm、73µm和93µm,中心直径dm值别离为80µm、88µm和107µm。跟着频次的减小,雾滴dvs值增大,粒度分量散布平均性变差。当流量牢固为35l/h,三个频次样本中频次为100.51hz时的雾化成果^好。
2.3 脉动频次和料液流量必然前提下,料液粘度变更前提下雾化
    图4是脉动气流频次为100hz,雾化流量牢固为35l/h时的差别能源粘度的料液,所取得的雾滴粒度分量散布图。当料液能源粘度别离为0.001pa.s、0.007pa.s、0.016pa.s、和0.041pa.s时,测得雾滴dvs值别离为66µm、53µm、59µm和76µm。可见,粘度变更对雾化成果也存在很大的影响,并且影响水平跟着料液粘度的变更而变更。从尝试及阐发能够看出,跟着料液能源粘度的增大,雾化细度先减小后增大。这类动摇环境是因为外表张力的感化而呈现的,粘度大的液体,其外表张力也大。恰当的外表张力,有助于液滴的外表缩短,到达比拟小的雾滴粒度,并且必然的外表张力能够禁止颗粒间进一步聚合;可是当外表张力过大,会对雾化起到障碍的感化,雾化出来的雾滴粒度较大,对雾化进程倒霉。是以,在脉动频次和料液流量必然时,能源粘度适中的料液的雾化成果^好。
         

        图4  脉动频次100 hz、流量35l/h雾滴粒度分量散布图
3 结语
    本文从雾滴的sauter平均直径和粒度分量散布两个方面,别离停止了料液流量、脉动气流频次和料液粘度对雾化成果影响的尝试研讨。尝试成果标明,这三个影响身分对脉动气流雾化成果都有较大的影响,脉动气流频次越大、料液流量越小和料液粘度适中时雾化成果^好;本尝试前提下接纳脉动气流雾化取得的雾滴的sauter平均直径在50~100µm之间,粒度分量散布平均,利用远景广漠。进一步的研讨将经由进程实际与尝试相连系的体例,对脉动气流的雾化机理停止摸索。

参考文献
[1]  zinn b t 著,程显辰译. 脉动熄灭[m]. 北京:中国铁道出书社,1994.
[2]  李保国. 脉动熄灭及脉动熄灭枯燥的实际阐发与尝试研讨. 北京:中国农业大学博士学位论文 1999.
[3]  吴中华. 脉动熄灭喷雾枯燥进程数值摹拟. 北京:中国农业大学硕士学位论文 2002
[4]  t. kudra, m. benali, and i. zbicinski.  pulse combustion drying: aerodynamics, heat transfer, and drying kinetics. drying technology 2003, vol. 21, no. 4, 629~655
[5] liu x d, cao c w, li b g, zbcinski i, strumillo c.  pulse combustion drying[c]. proceedings of the 11th international drying symposium (ids’98), ziti editions press, 1998, vol. a, 496~503
[6]  malvern instruments handbook. malvern instruments ltd. england 1997

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