真空噴射霧化過程中噴嘴口的流動模型計算與數值分析_第1頁
真空噴射霧化過程中噴嘴口的流動模型計算與數值分析_第2頁
真空噴射霧化過程中噴嘴口的流動模型計算與數值分析_第3頁
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文檔簡介

真空噴射霧化過程中噴嘴口的流動模型計算與數值分析在真空噴射法制備薄膜的過程中，射流效果如何主要取決于噴嘴的構造。不同的噴嘴對液體射流霧化的影響不同，其作用效果主要取決于噴嘴中噴口的形狀，通過對三種不同噴嘴噴口形狀的流動模型的建立和數值分析可知錐直型噴口其水蒸氣的體積分數變化較小，霧化效果最好且成膜的質量最高。

真空噴射霧化過程是真空噴射法制備高分子薄膜主要成膜過程，該方法主要是利用真空室內外較大的壓差使聚合物溶液通過噴嘴噴射霧化后分散成不計其數的高速運動的細小液滴到達基片形成高分子薄膜。成膜質量的好壞主要取決于噴霧質量的好壞。而影響噴霧質量的首要因素即為噴嘴，不同的噴嘴隨著構造參數及噴射環境的不同而具有不同的液滴噴霧特性。

在研究真空噴射制備高分子薄膜噴霧的數值模擬中，噴嘴內部流動分析為液體出噴嘴后的射流霧化提供初始條件，如噴射速度分布、噴霧錐角大小和液滴直徑分布等。由于噴嘴內部流動的復雜性，以實驗的方法很難測量到。由于液體流經噴嘴的過程中空穴及反流等情況的產生對噴孔出口的流動狀態產生較大的影響，對噴嘴內部流動開展分析和模擬是非常必要的。

噴嘴噴口流動模型

現有的被大家廣泛證明和認可的噴嘴內部流動狀態模型是在Soteriou和Chaves等人對放大和真實噴嘴內部流動的實驗觀察結果根底上總結歸納出來的主要有單相流動、空穴流動和水力倒流三種流動狀態，圖1為噴嘴內流動狀態示意圖。在單相流流動狀態下，噴射液體充滿整個噴嘴而沒有任何空隙，此時的流動為層流或湍流，液體的流動損失主要來自于與噴嘴壁面的摩擦和在噴口處界面突變帶來的收縮和后期膨脹。液體最初以單相流的形式流出，并在其充分發展的根底上隨著噴射速度的增加當雷諾數到達一定數值時在噴口收縮區域內靜壓下降，當該區域靜壓下降到液體的飽和蒸汽壓以下時，會在噴口壁面上產生空穴，當空穴充滿整個噴口壁面區域時即為空穴流。

空穴流是噴嘴流動時最常發生的流動狀態。隨著噴射速度更進一步的提高，如果噴嘴為壁面光滑且軸向對稱的理想噴嘴，在下游的空穴繼續發展直到上縮至噴口上游，使空穴區與出噴嘴外部氣體相連通則形成了水力倒流。發生水力倒流流動狀態時，液體呈液柱狀光滑流出，射流液體要在距噴嘴較遠處才發生破裂。在實際的噴射中由于噴嘴非理想噴嘴故水力倒流現象可以不予考慮。空穴流是最常見的噴嘴內部流動狀態。

圖1噴嘴內部流動模型

不同的流動狀態會決定不同的噴霧邊界條件。正確判斷噴嘴流動狀態對液體的射流霧化過程的研究有著重要的影響。流動狀態確實定需考慮以下幾個參數：判斷空穴發生的空穴數(K)、流量系數(Cd)和收縮系數(Cc)。具體的計算公式如下：

通過上述對三種不同噴嘴在噴口處的模型的建立、數值分析和模擬以及噴嘴參數確實定等方面的分析可知，在三種噴嘴構造中錐直型噴嘴在噴口處的水蒸氣體積分數變化最小。這樣會使液體從噴嘴噴出后的射流速度和壓力方面分布的變化較小，射

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