超声波重油喷嘴雾化特性的研究

　　重油是工业生产中的重要能源，广泛应用于发电、冶金、玻璃、钢铁等领域。受石油化工行业深加工的影响，我国的重质燃料油品质日趋恶化，表现出高密度、高黏度、高胶质等特点，直接影响燃烧性能，使燃料油的雾化质量下降，燃烧不完全，烟气中有害气体含量增加，喷嘴易结焦[1]。

　　根据油滴燃烧直径平方-直线定律，有

　　式中：

　　D0—油滴的初始直径，mm

　　D—经燃烧T秒后的油滴直径，mm

　　T—燃烧时间，s

　　k—燃烧速度常数，mm²/s

　　当D=0时，即油滴烧完，此时可得到直径为D0的油滴燃烧所需的时间为。由上式可知，油滴初始直径平方与燃尽时间成正比，即等量的燃油，油滴雾化直径越小， 燃尽时间越短， 燃烧热效率越高。所以燃烧重油、渣油的工业炉如何提高喷嘴的雾化质量，研制高效的重油喷嘴以提高其应用效率在现阶段有重要意义。 目前重油喷嘴主要有喉管类喷嘴、气泡雾化喷嘴、超声波雾化等几种[2]。其中，超声波喷嘴是近来研究比较多的新型喷嘴，经研究表明超声波雾化喷嘴的雾化效果一般要高于其他类型喷嘴，具有雾化粒径小，雾化液滴均匀性好的特点。

　　1超声波重油雾化喷嘴

　　超声波重油喷嘴主要有两种： 电动式和流体动力式超声波喷嘴。电动式超声波发生器，包含电振器和振子，振子中心开有长孔，油从振子振幅低的地方流入，喷嘴前端中心振幅大的部分喷出去。重油在沿长孔流到喷嘴的过程中，受表面张力和黏性力的作用形成一层薄膜，在超声波的振动作用下破裂而被雾化。但由于它要外装电器设备，故成本较高[3]。另外，电动式超声波燃烧器还有致命的弱点，即居里点的温度太低(一般居里点的温度在360℃左右)，不适合于高温燃烧场合，故不适合于工业上应用。

　　图1是流体动力式超声波雾化喷嘴示意图。喷嘴上装有超声波发生器，当高速流体从喷嘴喷出时，流体的冲力会激发超声波发生器的共振腔振动产生超声波，使重油在超声波的作用下发生振动而被雾化。随着超声波频率的增加，雾化液滴越来越细，一般在超声波的振动频率作用下可获得几微米级的燃油液滴。高强度声波的频率一般为10～14kHz。由于这种喷嘴的工作压力较宽，气流在亚声速条件下，都可以得到较高的声压，且雾化处理量大，结构简单，工作可靠，成本较低，所以比电动式超声波雾化喷嘴有更好的发展前景。

　　实验所用喷嘴是一种新型流体动力式超声波雾化喷嘴，其油孔面积约为0.27mm²，气孔面积约为2.96mm²，超声波声强可达180dB以上，为了测试其雾化效果，对其进行了冷态喷雾实验。