[發明專利]一種液滴群分形維數的噴嘴霧化特性定量方法

有效

• 申請號: 202110593299.6
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113283088B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 陳世強;樊思雨;吳志榮;田峰;朱祝龍;陳永平;凌濤;胡云
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 宋向紅

本發明公開了一種液滴群分形維數的噴嘴霧化特性定量方法。本發明技術要點是，建立噴霧液滴群粒度分布分形模型，并確定其分形體；以噴霧液滴群為研究對象，根據分形理論，確定噴霧液滴累積數與液滴尺寸的分形標度關系；根據噴霧液滴累積數與液滴尺寸的分形標度關系，確定液滴累計體積占比與液滴尺寸的關系，從而獲得噴霧液滴群粒度分布分形維數；根據噴霧液滴群粒度分布分形維數所表現的液滴群空間分布情況優劣，評價噴嘴霧化特性。本發明直觀地表現出了液滴群粒度分布的空間結構，相對于用霧化細度、霧化均勻度和粒度分布等綜合判斷噴嘴霧化特性而言，用粒度分布的分維值來描述噴嘴的霧化特性更加直觀簡便。

技術領域

本發明屬于礦井通風與除塵技術領域，具體涉及一種液滴群分形維數的噴嘴霧化特性定量方法。

背景技術

目前，噴霧廣泛地應用于礦井排風余熱回收與除塵領域。通過噴嘴噴出的實芯液體受擾動波的作用，無法承受變形而破碎、霧化，形成噴霧液滴群，液滴群在與排風流相互耦合的過程中帶走其熱量及灰塵，吸收熱量后的液滴掉落回流進入熱泵機組提取熱量，供給礦區熱水及井筒防凍，實現低品位能量提取與利用。

近年來，國內外學者在液體碎裂過程、噴霧質量預測和液滴尺寸測試技術等方面投入了大量研究。針對霧化液滴粒徑測量，蘇光輝等發明了一種大型噴霧場霧化液滴粒徑測量裝置，該裝置測量方便，對于低壓降、大流量噴霧頭能夠完全描述流場分布，而且在測量液滴粒徑時，不會產生較大誤差。石復習等通過固定液體壓力，改變氣體氣壓的方式進行調試，獲得最佳的霧化參數的方法，發明了一種霧化特性測量系統。為了實現不同霧化液滴的生成及其粒徑值的研究測試，給研究人員提供操作更為便捷的不同霧化液滴生成及粒徑測試方式，以及詳盡的霧化液滴粒徑信息，李祥春等人發明了不同霧化液滴粒徑測試裝置和方法。在噴霧控制及粒徑評估方面，周思引等人發明了一種基于高壓放電的智能霧化噴嘴及噴霧控制系統，該霧化噴嘴根據需求快速地調節霧化角、霧化液滴直徑等參數，進而實現霧化效果的有效控制。唐虎等提出了一種基于噴嘴動力參數的噴霧水滴平均直徑快速估算方法，該方法通過更少的輸入參數來獲取誤差更小的噴霧水滴平均直徑，在做到縮短調試周期的同時，更為經濟節能。上述研究是噴嘴霧化特性研究的重要基礎，并且已有多種測試儀器可測量霧化液滴的粒度分布，但大多數研究都側重于霧化機理、霧化粒徑和噴嘴結構優化等方面，未揭示噴霧液滴群粒度分布的空間結構。傳統的噴嘴霧化特性評價主要包括：霧化細度、霧化均勻度和粒度分布等，評價指標的各有側重，特性的比較標準難統一。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的上述不足，提供一種液滴群分形維數的噴嘴霧化特性定量方法。

本發明的液滴群分形維數的噴嘴霧化特性定量方法，包括如下步驟：

(1)建立噴霧液滴群粒度分布分形模型，并確定其分形體；

(2)以噴霧液滴群為研究對象，根據分形理論，確定噴霧液滴累積數與液滴尺寸的分形標度關系；

(3)根據噴霧液滴累積數與液滴尺寸的分形標度關系，確定液滴累計體積占比與液滴尺寸的關系，從而獲得噴霧液滴群粒度分布分形維數，具體操作方法如下：

設噴霧液滴群總液滴數為N，則尺寸小于x的液滴數與總液滴數之比可表示為：

式(1)、式(2)中，Y_n(x)為尺寸小于x的液滴數與總液滴數之比；D_f為分形維數，無量綱；x、x_max分別為液滴尺寸和最大液滴尺寸，mm；N為噴霧液滴群總液滴數；

由式(2)可知，尺度在x～x+dx之間的粒子數目為：

dN＝NdY_n(x) (3)；

尺度在x～x+dx之間的粒子體積為：