[发明专利]一种液滴群分形维数的喷嘴雾化特性定量方法

说明书

本发明公开了一种液滴群分形维数的喷嘴雾化特性定量方法。本发明技术要点是，建立喷雾液滴群粒度分布分形模型，并确定其分形体；以喷雾液滴群为研究对象，根据分形理论，确定喷雾液滴累积数与液滴尺寸的分形标度关系；根据喷雾液滴累积数与液滴尺寸的分形标度关系，确定液滴累计体积占比与液滴尺寸的关系，从而获得喷雾液滴群粒度分布分形维数；根据喷雾液滴群粒度分布分形维数所表现的液滴群空间分布情况优劣，评价喷嘴雾化特性。本发明直观地表现出了液滴群粒度分布的空间结构，相对于用雾化细度、雾化均匀度和粒度分布等综合判断喷嘴雾化特性而言，用粒度分布的分维值来描述喷嘴的雾化特性更加直观简便。

技术领域

本发明属于矿井通风与除尘技术领域，具体涉及一种液滴群分形维数的喷嘴雾化特性定量方法。

背景技术

目前，喷雾广泛地应用于矿井排风余热回收与除尘领域。通过喷嘴喷出的实芯液体受扰动波的作用，无法承受变形而破碎、雾化，形成喷雾液滴群，液滴群在与排风流相互耦合的过程中带走其热量及灰尘，吸收热量后的液滴掉落回流进入热泵机组提取热量，供给矿区热水及井筒防冻，实现低品位能量提取与利用。

近年来，国内外学者在液体碎裂过程、喷雾质量预测和液滴尺寸测试技术等方面投入了大量研究。针对雾化液滴粒径测量，苏光辉等发明了一种大型喷雾场雾化液滴粒径测量装置，该装置测量方便，对于低压降、大流量喷雾头能够完全描述流场分布，而且在测量液滴粒径时，不会产生较大误差。石复习等通过固定液体压力，改变气体气压的方式进行调试，获得最佳的雾化参数的方法，发明了一种雾化特性测量系统。为了实现不同雾化液滴的生成及其粒径值的研究测试，给研究人员提供操作更为便捷的不同雾化液滴生成及粒径测试方式，以及详尽的雾化液滴粒径信息，李祥春等人发明了不同雾化液滴粒径测试装置和方法。在喷雾控制及粒径评估方面，周思引等人发明了一种基于高压放电的智能雾化喷嘴及喷雾控制系统，该雾化喷嘴根据需求快速地调节雾化角、雾化液滴直径等参数，进而实现雾化效果的有效控制。唐虎等提出了一种基于喷嘴动力参数的喷雾水滴平均直径快速估算方法，该方法通过更少的输入参数来获取误差更小的喷雾水滴平均直径，在做到缩短调试周期的同时，更为经济节能。上述研究是喷嘴雾化特性研究的重要基础，并且已有多种测试仪器可测量雾化液滴的粒度分布，但大多数研究都侧重于雾化机理、雾化粒径和喷嘴结构优化等方面，未揭示喷雾液滴群粒度分布的空间结构。传统的喷嘴雾化特性评价主要包括：雾化细度、雾化均匀度和粒度分布等，评价指标的各有侧重，特性的比较标准难统一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种液滴群分形维数的喷嘴雾化特性定量方法。

本发明的液滴群分形维数的喷嘴雾化特性定量方法，包括如下步骤：

(1)建立喷雾液滴群粒度分布分形模型，并确定其分形体；

(2)以喷雾液滴群为研究对象，根据分形理论，确定喷雾液滴累积数与液滴尺寸的分形标度关系；

(3)根据喷雾液滴累积数与液滴尺寸的分形标度关系，确定液滴累计体积占比与液滴尺寸的关系，从而获得喷雾液滴群粒度分布分形维数，具体操作方法如下：

设喷雾液滴群总液滴数为N，则尺寸小于x的液滴数与总液滴数之比可表示为：

式(1)、式(2)中，Y_n(x)为尺寸小于x的液滴数与总液滴数之比；D_f为分形维数，无量纲；x、x_max分别为液滴尺寸和最大液滴尺寸，mm；N为喷雾液滴群总液滴数；

由式(2)可知，尺度在x～x+dx之间的粒子数目为：

dN＝NdY_n(x) (3)；

尺度在x～x+dx之间的粒子体积为：