球形粉末低熔点金属雾化的双层限制性喷嘴设计(3)
在紧耦合雾化技术，雾化效率得到了极大的提高，但这种技术仍存在不足之处：首先随着雾化空气压力上升到，导液管在出口处将产生一个正压力，当雾化压力达到临界值时，雾化过程将不可再进行。其次在高压下，在导管的出口由于负压力过低（这是真空导致的），金属液的流速增大，粉末粒径将会增大。
美国洛瓦州立大学Ames实验室Andesron等人[9]将紧耦合喷嘴的出口管嘴改为从20至24个单口，设计导液管的形状，通过增加压力，最高可以达17MPa，克服了喷嘴气流流动性激波，紧耦合的存在下，导管的出口形成有效的负压，此时气体流量为超音速层流状态，如图4所示，这种改进能明显的提高雾化效率。
将雾化喷孔的设计可以引入到火箭发动机中的收放喷管中，将高压等径喷孔改为带有收放结构的喷孔，利用高压气体雾化。
1.4 论文选题依据、基本构想
（1）选题依据
早期的气体雾化过程中常采用自由落体喷嘴结构。这种结构的喷嘴设计比较简单，不容易堵塞，控制过程比较简单，但它的雾化效率不高，仅用于生产50-300um粒度的粉末。为了提高雾化效率，后来设计出了限制型喷嘴。这种结构使得雾化效率有了很大的提高，因为它显著缩短了气流的自由飞行距离。在此基础上，现代工业雾化技术便具有了现实意义。
（2）基本构想
对熔体雾化尺寸的描述中，Lubanska[10]提出的半经验公式为:
式中 ——液滴直径 D——导流管内径
M——熔体液流率 A——气体液流率
——熔体运动粘度 ——气体运动粘度
为熔体的表面张力( 熔体密度, v 气流冲击速度， 表面张力)
、n——经验常数
可以看出，平均液滴直径与气体流动速率、熔体和气体流量比、导液管直径等因素有关。
在雾化过程当中，喷嘴的结构雾化喷嘴的雾化效率和稳定性在起着非常重要的作用，也直接体现在上述参数中，因此喷嘴的设计必须考虑到这些参数，并使其达到最佳值。
因此对于设计喷嘴的结构参数有着重要的意义，目前先从整体对比选择喷嘴的结构，再根据文献资料和实验数据对比以及相关原理公式设计结构尺寸参数。
2. 实验设计
2.1总体设计
2.1.1 喷嘴结构的选择
喷口处的喷嘴结构一般有两种选择：自由落体式喷嘴结构和限制式喷嘴结构[11]。如图3所示：
图3 雾化喷嘴示意图。（a）自由落体式；（b）限制式
自由落体式喷嘴结构（a）普遍见于早期的气体雾化工艺中，现如今依然应用于多数气雾化喷嘴和所有的水雾化喷嘴中。自由降落式又称非限制式，是指金属或合金液流出到与雾化介质相遇的过程中是利用自身的重力不受约束地自由降落。这种喷嘴设浅易、不容易堵塞、控制过程相对于其他结构的较为简单，缺点是雾化的效率不高，仅适用于粒度粉末的生产。
限制式喷嘴（b）又称封闭式喷嘴，它在一定程度弥补了自由落体式喷嘴的不足。通过加长这类喷嘴的导液管使得气流的自由飞行距离明显缩短，熔体在流出限制式喷嘴前通过导液管过度，不易受到气流紊流的影响，熔体一经流出即与气体发生冲击而雾化，很大程度上降低了气体的能量损耗，从而很大的提高了雾化的效率（即气体的能量转换效率），熔融的金属液更容易破碎成粉