静电喷雾技术的基础理论分析

随着燃煤燃油与热力设备在工业中的大量使用，环境与能源问题越来越引起人们的重视。由于我国的资源特点和经济技术发展水平所致，长期以来工业锅炉的燃料政策以煤为主，而至今煤的高效清洁燃烧利用仍是该领域科技工作者们研究的热题；另外，由于常规能源(石油与天然气)的可开采量日益减少(石油可开采量大约仅剩余1500亿吨，天然气可开采量大约138万亿立方米，储量仅够人类开采约40年)。燃用劣质燃油(臭里油、重油、渣油、油浆等)已被许多企业所采用作为节约能源的重要方法；煤及劣质燃油的非清洁燃烧利用带来一系列不容忽视的问题，最为严重的就是燃烧排放的诸如碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等有害物质。目前由于工业污染导致的臭氧空洞、温室效应等环境问题正在严重威胁人类的健康和自然界的生态平衡，已成为全球性亟待的课题。各国己经或正在制定符合其国情的排放法规对烟气i废气的排放做出明确的限制。因此，研制用于除尘除废气的装置以减少污染物捧放量，已成为科技工作者需要追切解决的问题。

        目前，用于除尘的设备有旋风除尘器、袋式除尘器、电除尘器、湿式除尘器等。作为一种重要的湿式除尘器，旋转射流喷嘴利用喷洒的水滴、水膜或湿润的器壁与含尘气体相遇时发生湿润、凝聚、扩散沉降等过程除去其中的粉尘，同时也可以用于除去其中夹杂的有害气体，达到净化气体的目的。由于旋流雾化的微粒较为细小稳定，与所需净化的气体有较大的接触表面积，雾滴蒸发吸收大量的汽化潜热，在净化粉尘的同时可实现较好的降温效果，从而更加有助于对某些有害气体(H2S、S02等)的吸收。目前旋流喷嘴作为一项关键部件被广泛应用于化学工业中喷淋洗涤塔、烟气脱硫及石油钻井工程中的除砂器、除泥嚣、离心机等固控设备中．另外，当雾化料渡与热风相接触时，由于液滴群表面积大，在下落过程中，与高温热风接触后水分被迅速蒸发成为粉末或颗粒状的产品，从塔底排出。因此，旋转射流喷嘴还可以被广泛用于药品生产，食品提纯、肥料制造等种种与我们生活息息相关的领域中。

        近年来，旋流雾化技术在锅炉、燃气轮机、缸内直喷式汽油机的燃烧过程也得到普遍的应用。这是因为在旋风燃烧室或预燃室中，由于旋转射流能使流体质点以较高的速度旋转前进，形成扩散，产生一定程度的雾化，并且在强旋转射流的内部形成一个回流区，旋转射流不但从射流外侧卷吸周围介质，而且还从回流区中卷吸介质，故它有很好的“抽气”能力，使大量的高温烟气回流到火炬根部，使燃料与空气充分掺混，提高温度和浓度的均匀分布程度，保证燃料顺利着火和火炬稳定燃烧，提高燃烧效率。

        尽管旋流喷嘴在工农业生产中取得了大量应用，但目前人们对其射流特性及其破碎雾化机理的认识尚不清晰。对该类喷嘴的研究多以实验为主，且只是从直观的角度获取喷嘴雾化特性参数，所以对于旋流喷嘴射流的特性及破碎雾化机理的研究具有重要的理论意义和实用价值。

        本文拟利用流体力学和雾化破碎理论，结合实测数据和数值模拟，系统分析旋流喷嘴内外流场各特性参数的性质及变化规律，研究内部旋流场无量纲参数对外部雾化场性能参数的影响，以指导旋流喷嘴的设计和使用，进而形成具有自主知识产权的系列产品。