直射式高压喷嘴雾化分析

　　0 引言

　　19世纪末之前的液压传动基本上都是纯水液压传动。20世纪初,矿物型液压油因其优异的理化性能取代水而成为主要的液压工作介质,并使液压工业得到突飞猛进的发展。自20世纪70年代起,随着新技术、新材料的发展,水作为液压工作介质时的粘性低、易腐蚀、易磨损等缺点逐渐被克服,其价廉易取、清洁卫生、便于处理等优点使得纯水液压传动重新占领了一些如食品加工、化工、纺织、医疗器械、采矿等行业的市场份额[1]。

　　水是天然的灭火剂,自1987年“蒙特利尔公约”签定以来,细水雾灭火系统因其一系列优点而在哈龙(卤代烷化合物)灭火系统的替代品中具有很强的竞争力[2]。加拿大、英国、美国海军等均已着手研究在航空器舱、军事雷达、通讯机房、计算机房、舰船船舱等处安装细水雾灭火系统[3]。

　　尽管采用水雾灭火已有很长时间,但对喷嘴的研究却不多,因此长期以来在灭火的水滴直径减小方面没有实质性突破,均在1~2 mm范围。浙江大学自行研制了灭火效果极好的移动式高压直接雾化细水雾灭火系统。喷嘴是该系统的关键执行部件,它直接影响到外部雾化特性参数及灭火效果。本文对该系统采用的直射式雾化喷嘴进行讨论。

　　1 系统原理及喷嘴内部结构尺寸确定

　　移动式高压直接雾化细水雾灭火系统液压原理如图1所示。系统工作时,汽油机驱动高压纯水泵产生高压水流,抠动开关阀(扳机),通过特殊的高压雾化喷嘴后生成均匀的水雾来灭火[4]。

　　单喷头喷嘴按内孔截面的形状分为圆形出口型、椭圆形进口型、流线型、等加速型和双圆弧进口型等。因圆锥收缩型出口喷嘴容易加工、成本低且工作效果也不错,故本系统采用圆锥收缩型喷嘴,图2为其内部主要结构尺寸参数示意图。

　　喷嘴入口处直径D、出口直径d、收缩角A、出口圆柱段长度l等是影响喷雾质量的几个主要参数。D由设计给定,A及l/d需选优后决定。d由下式确定[5]:

式中,p为系统压力,p=14MPa;qv为系统流量,qv=16mL/r;L为喷嘴流量系数,L=0.95。

　　求得d约为1.5mm,即在额定工况时,喷嘴出口直径小于1.5mm,系统能够正常工作;大于1.5mm,系统将无法建立正常的工作压力,进而不能保证雾化质量。

　　2 喷雾外部雾化特性参数仿真

　　细水雾灭火系统抑制火的有效性,与其喷雾锥角、雾滴大小及尺寸均匀度、雾滴速度、雾通量、射程等参数有关。本系统的流量及流体粘度固定,因此这些参数均只取决于系统压力及喷嘴内部结构尺寸。其中,喷雾的锥角和射程能直接测量,尺寸均匀度可认为是正态分布,雾通量是雾滴尺寸分布雾滴大小及雾滴速度的函数,因此需对雾滴大小和速度进行分析和实验测量。