旋轉(zhuǎn)式造粒噴頭液滴形成數(shù)值模擬研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)式造粒噴頭是利用離心力的作用，將熔融尿素從其表面噴孔甩出并迅速形成液滴，進(jìn)而冷卻固化，是形成尿素顆粒的關(guān)鍵設(shè)備。本文對(duì)旋轉(zhuǎn)式造粒噴頭液滴形成過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，尋找主液滴形成及斷裂長(zhǎng)度變化規(guī)律，并研究各因素對(duì)于主液滴直徑和斷裂長(zhǎng)度的影響，進(jìn)而在緩釋尿素條件下研究造粒噴頭液滴形成過(guò)程。本文主要內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)噴頭液滴形成原理分析，進(jìn)行合理假設(shè)，將物理模型簡(jiǎn)化為二維，通過(guò)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證模型與假設(shè)可行性

2、。并通過(guò)網(wǎng)格獨(dú)立性考核，最終選擇最優(yōu)網(wǎng)格尺寸為0.11mm×0.11mm。
　　(2)通過(guò)18組正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響旋轉(zhuǎn)噴頭液滴形成因素進(jìn)行正交分析，得到影響主液滴直徑因素主次順序?yàn)?孔徑＞表面張力＞密度＞動(dòng)力粘度＞入流速度＞旋轉(zhuǎn)半徑＞轉(zhuǎn)速;影響斷裂時(shí)刻完整長(zhǎng)度因素主次順序?yàn)?孔徑＞旋轉(zhuǎn)半徑＞動(dòng)力粘度＞入流速度＞轉(zhuǎn)速＞密度＞表面張力。
　　(3)對(duì)正交實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的兩類斷裂模式進(jìn)行分析，并通過(guò)Oh數(shù)與We數(shù)對(duì)斷裂模式預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)Oh

3、數(shù)為0.03為區(qū)分?jǐn)嗔涯Ｊ椒纸缰?。射流發(fā)生斷裂處，射流內(nèi)部壓力波動(dòng)幅值達(dá)最大，表面速度波動(dòng)幅值達(dá)最大，并且射流斷裂長(zhǎng)度短的波動(dòng)值較大。發(fā)現(xiàn)射流表面產(chǎn)生波動(dòng)是由于在液柱與噴孔壁面夾角處產(chǎn)生旋渦造成。粘度和密度的改變對(duì)主液滴直徑影響在孔徑2mm時(shí)表現(xiàn)明顯，主液滴直徑隨粘度增加呈先增后降趨勢(shì)，斷裂長(zhǎng)度在不同孔徑下，均隨粘度增加而增長(zhǎng)，并且大孔徑的斷裂長(zhǎng)度大于小孔徑情況?？讖綖?mm時(shí)，主液滴直徑隨密度增加而降低，并最終穩(wěn)定到1.50mm，斷裂

4、長(zhǎng)度隨密度增加表現(xiàn)為先增后降。并發(fā)現(xiàn)表面張力、入流速度和轉(zhuǎn)速的改變對(duì)主液滴直徑的影響較小。斷裂長(zhǎng)度隨孔徑與入流速度的增加呈線性增加趨勢(shì)，而與轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)半徑的增加呈線性遞減趨勢(shì)。通過(guò)無(wú)量綱分析，得斷裂長(zhǎng)度與孔徑比值隨Oh數(shù)變化規(guī)律以及主液滴直徑與孔徑比值隨Oh數(shù)變化規(guī)律。
　　(4)根據(jù)河南某化肥廠改造生產(chǎn)緩釋尿素的要求，對(duì)緩釋尿素物性條件下液滴形成過(guò)程進(jìn)行研究。原工況形成直徑為1.84mm主液滴，緩釋尿素物性條件下形成直徑為1.1

5、0mm主液滴，則通過(guò)改變噴頭參數(shù)增加主液滴直徑。當(dāng)孔徑為3.1mm時(shí)，形成主液滴直徑為1.81mm，與原噴頭形成主液滴相差不到2％;轉(zhuǎn)速的改變對(duì)于主液滴直徑影響較小，并且轉(zhuǎn)速增加，易發(fā)生粘塔現(xiàn)象;通過(guò)降低旋轉(zhuǎn)半徑增加主液滴直徑，但半徑降低一半，主液滴直徑增加24.55％，為1.37mm，而斷裂長(zhǎng)度增加將近6倍，單獨(dú)改變旋轉(zhuǎn)半徑不能有效得到合格尺寸液滴;通過(guò)同時(shí)改變旋轉(zhuǎn)半徑及孔徑，當(dāng)孔徑為3.2mm、旋轉(zhuǎn)半徑230mm時(shí)形成1.80mm主