杭州电子科技大学：《大学物理》课程实验指导（新能源实验）液体雾化测试分析实验

实验背景 液体雾化是当前两相流研究中非常重要的课题，应用范围十分广泛，几乎包括所有工业领域、农业 生产、交通运输。除了各种燃料（气体、液体和固体燃料）的燃烧外，雾化技术在非燃烧工业如催 化造粒、食品加工、粉末涂覆、农药喷洒方面等也有着广泛的应用。了解和掌握液体雾化技术，对 提高学生实际认识水平和实践操作水平具有重要意义。 三、实验目的 1)了解和掌握液体密度、压力、喷嘴直径等工况参数对雾化效果的影响规律 2)了解和掌握一种液体驱动泵的结构和使用方法： 四、实哈原理 液体的雾化是指在外加能量的作用下，液体在气体环境中变成液雾或其它小液滴的物理过程。喷雾 过程的一般描述如下：液体从喷嘴的喷孔喷出，形成液流或涡流面，或者有两股以上的射流相撞击 而形成液膜：液体中存在的扰动式液流、液膜或涡流面变得不稳定，出现震荡不断增长的断纹，典 型的扰动源包括：射流湍流度、气泡形成、喷孔的缺陷、周围气体的气动力效应或者喷嘴振动等： 不稳定的波纹或薄膜碎裂成液纹或液滴，或者由于气动力的作用或表面波的发展，液滴从液膜表面 剥离：液纹或大液滴进一步破裂成小液滴。 液态介质的雾化原理研究往往滞后于喷嘴雾化技术应用，它是为了改进和完善雾化技术而慢慢开展 起来的，20世纪30年代才开始对液体雾化机理进行研究。一般而言，液体雾化喷嘴类型不同，雾化 方式的原理也不相同，且随着新型雾化喷嘴的出现，有些雾化方式的研究机理还不够透彻，仍在研 究之中。 喷嘴作为主要的雾化设备，种类很多，目前最常用的喷嘴有三种：直射式喷嘴，气动喷嘴和旋流式 喷嘴。这些喷嘴的结构差异很大，根据应用领域的特点可选用不同结构的喷嘴。直射式喷嘴是结构 最简单的一种喷嘴，是液体在压力作用下从喷嘴出口小孔喷出而雾化：其结构简单，布置方便，但 为了保证雾化效果必须要有较大的压差作用。气动喷嘴是靠外加一股气流与喷射的液体作用，使液 体表面受到高速气体的作用而雾化：其雾化质量较高，雾化比较稳定，受工况影响小。旋流式喷嘴 是液体在压差作用下通过旋流器的作用在旋流腔中产生旋流，最终旋转从喷口喷出雾化：其具有动 力消耗低，雾化效果好，雾化锥角大等优点，但其喷出轴向速度较小，受工况影响较大，加工精度 要求较高。 五、实验任务与内容 1)测试分析液体驱动泵输出压力对液体雾化效果的影响： 2)测试分析雾化喷嘴直径输出压力对液体雾化效果的影响： 3)测试分析液体流量对液体雾化效果的影响： 液体容微体驱动泵，金软管，压力表，截止阅，雾化喷嘴，烧杯，量简（10ml和50ml 一个)，秒表等。 上、实哈步 1)检查实验设备和仪器是否齐全： 2)将液体容器罐加注液体到指定液位以上，将液体驱动泵、金属软管，雾化喷嘴等配件连接到雾化 管路上，并检查管路的密封性，防止泄露。 3)调节驱动泵流量到设定流量，开通电源，启动液体驱动泵，开始吸取液体，并注意观察驱动泵输 出端的压力表指针变化： 4)当输出端压力指针升高到设计工作压力时，打开雾化喷嘴上游的截止阀，观察雾化喷嘴液体的雾 化效果，并开始分析测试：

一、实验类型和建议学时 实验类型：设计性实验 建议学时：3学时 二、实验背景 液体雾化是当前两相流研究中非常重要的课题，应用范围十分广泛，几乎包括所有工业领域、农业 生产、交通运输。除了各种燃料（气体、液体和固体燃料）的燃烧外，雾化技术在非燃烧工业如催 化造粒、食品加工、粉末涂覆、农药喷洒方面等也有着广泛的应用。了解和掌握液体雾化技术，对 提高学生实际认识水平和实践操作水平具有重要意义。 三、实验目的 1)了解和掌握液体密度、压力、喷嘴直径等工况参数对雾化效果的影响规律 2)了解和掌握一种液体驱动泵的结构和使用方法； 四、实验原理 液体的雾化是指在外加能量的作用下，液体在气体环境中变成液雾或其它小液滴的物理过程。喷雾 过程的一般描述如下：液体从喷嘴的喷孔喷出，形成液流或涡流面，或者有两股以上的射流相撞击 而形成液膜；液体中存在的扰动式液流、液膜或涡流面变得不稳定，出现震荡不断增长的断纹，典 型的扰动源包括：射流湍流度、气泡形成、喷孔的缺陷、周围气体的气动力效应或者喷嘴振动等； 不稳定的波纹或薄膜碎裂成液纹或液滴，或者由于气动力的作用或表面波的发展，液滴从液膜表面 剥离；液纹或大液滴进一步破裂成小液滴。 液态介质的雾化原理研究往往滞后于喷嘴雾化技术应用，它是为了改进和完善雾化技术而慢慢开展 起来的，20世纪30年代才开始对液体雾化机理进行研究。一般而言，液体雾化喷嘴类型不同，雾化 方式的原理也不相同，且随着新型雾化喷嘴的出现，有些雾化方式的研究机理还不够透彻，仍在研 究之中。 喷嘴作为主要的雾化设备，种类很多，目前最常用的喷嘴有三种：直射式喷嘴，气动喷嘴和旋流式 喷嘴。这些喷嘴的结构差异很大，根据应用领域的特点可选用不同结构的喷嘴。直射式喷嘴是结构 最简单的一种喷嘴，是液体在压力作用下从喷嘴出口小孔喷出而雾化；其结构简单，布置方便，但 为了保证雾化效果必须要有较大的压差作用。气动喷嘴是靠外加一股气流与喷射的液体作用，使液 体表面受到高速气体的作用而雾化；其雾化质量较高，雾化比较稳定，受工况影响小。旋流式喷嘴 是液体在压差作用下通过旋流器的作用在旋流腔中产生旋流，最终旋转从喷口喷出雾化；其具有动 力消耗低，雾化效果好，雾化锥角大等优点，但其喷出轴向速度较小，受工况影响较大，加工精度 要求较高。 五、实验任务与内容 1)测试分析液体驱动泵输出压力对液体雾化效果的影响； 2)测试分析雾化喷嘴直径输出压力对液体雾化效果的影响； 3)测试分析液体流量对液体雾化效果的影响； 六、实验装置与仪器 液体容器罐、液体驱动泵，金属软管，压力表，截止阀，雾化喷嘴，烧杯，量筒（10ml和50ml各 一个），秒表等。 七、实验步骤： 1)检查实验设备和仪器是否齐全； 2)将液体容器罐加注液体到指定液位以上，将液体驱动泵、金属软管，雾化喷嘴等配件连接到雾化 管路上，并检查管路的密封性，防止泄露。 3)调节驱动泵流量到设定流量，开通电源，启动液体驱动泵，开始吸取液体，并注意观察驱动泵输 出端的压力表指针变化； 4)当输出端压力指针升高到设计工作压力时，打开雾化喷嘴上游的截止阀，观察雾化喷嘴液体的雾 化效果，并开始分析测试；

5)通过量筒采集雾化液滴流量，观察压力变化对雾化流量、雾化效果的影响规律，并与驱动泵流量 进行对比： 6)通过调节驱动泵流量，改变输出端压力变化，观察不同压力变化对雾化流量、雾化效果、雾化面 积的景影响规律，并与驱动泵流量进行对比：选出雾化效果最好的一组，进行下一组实验。 7)调节喷嘴直径，在上述流量调节变化范围内，观察液体雾化效果、雾化直径、雾化面积等影响规 律，选出雾化效果最好的一组，进行下一组实验。 8)实验时，应该同时采用量筒量取各工况下的雾化液体的体积，计算相应的输出流量，并与相应驱 动的流量讲行对比。 9)实验结束时，应该先关闭驱动泵，断开电源，在雾化喷嘴不在喷出雾化液滴时，卸下雾化喷嘴。 思考题 1)通过实验观察，你认为影响液体雾化效果的主要主要参数是哪些？其中那个参数影响最为明显？ 2)是思考液体密度的大小对雾化效果是否有影响呢？如果有是怎么影响雾化效果呢？

5)通过量筒采集雾化液滴流量，观察压力变化对雾化流量、雾化效果的影响规律，并与驱动泵流量 进行对比； 6)通过调节驱动泵流量，改变输出端压力变化，观察不同压力变化对雾化流量、雾化效果、雾化面 积的影响规律，并与驱动泵流量进行对比；选出雾化效果最好的一组，进行下一组实验。 7)调节喷嘴直径，在上述流量调节变化范围内，观察液体雾化效果、雾化直径、雾化面积等影响规 律，选出雾化效果最好的一组，进行下一组实验。 8)实验时，应该同时采用量筒量取各工况下的雾化液体的体积，计算相应的输出流量，并与相应驱 动的流量进行对比。 9)实验结束时，应该先关闭驱动泵，断开电源，在雾化喷嘴不在喷出雾化液滴时，卸下雾化喷嘴。 八、思考题： 1)通过实验观察，你认为影响液体雾化效果的主要主要参数是哪些？其中那个参数影响最为明显？ 2)是思考液体密度的大小对雾化效果是否有影响呢？如果有是怎么影响雾化效果呢？