在超細粉碎技術中, 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的能獲得最小微粒的機械粉碎方法之一閉噴嘴是氣流粉碎機最重要的組成部分, 它的結構及流動性能決定粉碎室的流場, 也即決定了粉碎機的性能陰在工程中, 通常用一維流理論分析噴嘴流動, 管壁型線設計成錐型閻, 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, 將管壁型線設計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噴嘴通常采用的是噴管, 對噴管的研究, 在氣體動力學中是比較成熟的內(nèi)容本文根據(jù)氣體動力學理論中關于對噴嘴的流動研究所提出的方法, 應用特征數(shù)值分析法, 結合氣流粉碎機的流動特征, 對其噴嘴管壁特型線的設計間題進行了分析, 提出了等流能噴嘴的計算方法和設計步驟, 為設計高效大功率的超音速氣流粉碎機提供了參考。

目前, 超音速氣流粉碎機的噴嘴大多將這三段設計成線性錐形但按照氣體動力學理論認為, 用一條符合流動規(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。

擴散段型線

擴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和噴射效率按照流動規(guī)律, 若取噴嘴流動中的某一條流線做為管壁型線, 從理論上講, 當忽略摩擦作用時, 則流動過程沒有損失, 這就是設計等流能噴嘴的基本思想用氣體動力學理論中的特征線數(shù)值分析法, 可以確定這段噴射流線如圖所示, 按特征線計算法閣, 將噴嘴喉部過渡段和擴散段流域分成區(qū)—柯西初邊值間題, 區(qū)—固壁邊值問題和區(qū)—第二邊值問題以喉部的聲速線作為特征線網(wǎng)的起點, 逐點解出各區(qū)域的流動參數(shù)和幾何參數(shù), 直至經(jīng)過過渡段管壁型線之端點的流線即擴散段型線被確定出來整個計算過程可由計算機完成, 具體解析如下：

以上兩方程組是對p區(qū)進行數(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的流場分析法確定

對于一臺超音速氣流粉碎機, 噴嘴的噴射速度決定著粉碎室的流場速度要提高粉碎效率和細度, 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散錐角, 以同時滿足提高粉碎區(qū)應力強度和碰撞概率的條件要減小核心噴射帶擴散錐角, 必須將噴嘴出口處的噴射氣流設計成均勻的平行流根據(jù)這個條件, 如果按粉碎強度要求取點設計馬赫數(shù)為。, 并且使通過與的質(zhì)量流率相等, 則直線上各節(jié)點參數(shù)可以確定, 并與曲線一起構成所謂第二邊值問題由式、可以解析區(qū)各節(jié)點流動與結構參數(shù)經(jīng)過過渡段管壁型線之端點的流線, 即取做擴散段曲線

由圖可以看出, 在較低的馬赫數(shù)下,擴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, 就會有較大的誤差, 尤其對大功率的氣流粉碎機會產(chǎn)生較大的流能損失以上結果, 是在未考慮噴嘴管壁摩擦作用的情況得到的, 實際上對于這種小管徑噴嘴, 由于相對表面積比較大, 壁面的摩擦作用是不可忽視的, 應在以上計算結果的基礎上進行修正其方法是應用附面層理論計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大相應的占值, 即可得修正后的等流能噴嘴, 其具體計算方法, 有待進一步研究

結論

對于中小型超音速氣流粉碎機的噴嘴, 將其設計成線性錐管, 可以簡化設計, 方便制造, 但對于大功率氣流粉碎機, 為了提高噴射效率, 降低粉碎能耗, 有必要將噴嘴設計成流線形的等流能噴嘴用氣體動力學中的定常二維無旋超音速流的特征線數(shù)值分析法, 可計算這種噴嘴的管壁型線, 利用計算機能方便地進行全部運算