在超細(xì)粉碎技術(shù)中, 利用高速氣體的流能, 使顆粒間相互碰撞和摩擦的氣流粉碎是目前公認(rèn)的能獲得最小微粒的機(jī)械粉碎方法之一閉噴嘴是氣流粉碎機(jī)最重要的組成部分, 它的結(jié)構(gòu)及流動(dòng)性能決定粉碎室的流場(chǎng), 也即決定了粉碎機(jī)的性能陰在工程中, 通常用一維流理論分析噴嘴流動(dòng), 管壁型線設(shè)計(jì)成錐型閻, 這在一般情況下是有效的, 而且便于加工但是, 為了獲得高效的, 尤其是大功率的氣流粉碎機(jī), 將管壁型線設(shè)計(jì)成流線型以減小噴嘴的流能損失, 提高噴射效率是十分必要的超音速氣流粉碎機(jī)噴嘴通常采用的是噴管, 對(duì)噴管的研究, 在氣體動(dòng)力學(xué)中是比較成熟的內(nèi)容本文根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)理論中關(guān)于對(duì)噴嘴的流動(dòng)研究所提出的方法, 應(yīng)用特征數(shù)值分析法, 結(jié)合氣流粉碎機(jī)的流動(dòng)特征, 對(duì)其噴嘴管壁特型線的設(shè)計(jì)間題進(jìn)行了分析, 提出了等流能噴嘴的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)步驟, 為設(shè)計(jì)高效大功率的超音速氣流粉碎機(jī)提供了參考。

目前, 超音速氣流粉碎機(jī)的噴嘴大多將這三段設(shè)計(jì)成線性錐形但按照氣體動(dòng)力學(xué)理論認(rèn)為, 用一條符合流動(dòng)規(guī)律的特型曲線取代線性的管壁型線, 可以減少流能損失, 提高噴射效率下面分別介紹這三段型線的確定方法。

擴(kuò)散段型線

擴(kuò)散段管壁型線是噴嘴流道中最重要的線段, 它最終決定噴嘴的流動(dòng)和噴射效率按照流動(dòng)規(guī)律, 若取噴嘴流動(dòng)中的某一條流線做為管壁型線, 從理論上講, 當(dāng)忽略摩擦作用時(shí), 則流動(dòng)過(guò)程沒有損失, 這就是設(shè)計(jì)等流能噴嘴的基本思想用氣體動(dòng)力學(xué)理論中的特征線數(shù)值分析法, 可以確定這段噴射流線如圖所示, 按特征線計(jì)算法閣, 將噴嘴喉部過(guò)渡段和擴(kuò)散段流域分成區(qū)—柯西初邊值間題, 區(qū)—固壁邊值問(wèn)題和區(qū)—第二邊值問(wèn)題以喉部的聲速線作為特征線網(wǎng)的起點(diǎn), 逐點(diǎn)解出各區(qū)域的流動(dòng)參數(shù)和幾何參數(shù), 直至經(jīng)過(guò)過(guò)渡段管壁型線之端點(diǎn)的流線即擴(kuò)散段型線被確定出來(lái)整個(gè)計(jì)算過(guò)程可由計(jì)算機(jī)完成, 具體解析如下：

以上兩方程組是對(duì)p區(qū)進(jìn)行數(shù)值解析的基本式

初值線確定圖’特征線方法中的初值線—等聲速線可根據(jù)定常二維跨音速流動(dòng)的流場(chǎng)分析法確定

對(duì)于一臺(tái)超音速氣流粉碎機(jī), 噴嘴的噴射速度決定著粉碎室的流場(chǎng)速度要提高粉碎效率和細(xì)度, 一方面要在不加大粉碎壓力的條件下, 盡可能地提高噴射速度, 另一方面要盡量減小核心噴射帶的擴(kuò)散錐角, 以同時(shí)滿足提高粉碎區(qū)應(yīng)力強(qiáng)度和碰撞概率的條件要減小核心噴射帶擴(kuò)散錐角, 必須將噴嘴出口處的噴射氣流設(shè)計(jì)成均勻的平行流根據(jù)這個(gè)條件, 如果按粉碎強(qiáng)度要求取點(diǎn)設(shè)計(jì)馬赫數(shù)為。, 并且使通過(guò)與的質(zhì)量流率相等, 則直線上各節(jié)點(diǎn)參數(shù)可以確定, 并與曲線一起構(gòu)成所謂第二邊值問(wèn)題由式、可以解析區(qū)各節(jié)點(diǎn)流動(dòng)與結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)過(guò)過(guò)渡段管壁型線之端點(diǎn)的流線, 即取做擴(kuò)散段曲線

由圖可以看出, 在較低的馬赫數(shù)下,擴(kuò)散段型線較接近直線, 但隨著馬赫數(shù)的提高, 非線性度增大, 若仍用直線代替壁面特型線, 就會(huì)有較大的誤差, 尤其對(duì)大功率的氣流粉碎機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大的流能損失以上結(jié)果, 是在未考慮噴嘴管壁摩擦作用的情況得到的, 實(shí)際上對(duì)于這種小管徑噴嘴, 由于相對(duì)表面積比較大, 壁面的摩擦作用是不可忽視的, 應(yīng)在以上計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正其方法是應(yīng)用附面層理論計(jì)算噴射流附面層厚度占, 并將噴嘴流道向半徑增大的方向擴(kuò)大相應(yīng)的占值, 即可得修正后的等流能噴嘴, 其具體計(jì)算方法, 有待進(jìn)一步研究

結(jié)論

對(duì)于中小型超音速氣流粉碎機(jī)的噴嘴, 將其設(shè)計(jì)成線性錐管, 可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì), 方便制造, 但對(duì)于大功率氣流粉碎機(jī), 為了提高噴射效率, 降低粉碎能耗, 有必要將噴嘴設(shè)計(jì)成流線形的等流能噴嘴用氣體動(dòng)力學(xué)中的定常二維無(wú)旋超音速流的特征線數(shù)值分析法, 可計(jì)算這種噴嘴的管壁型線, 利用計(jì)算機(jī)能方便地進(jìn)行全部運(yùn)算