노즐의 안개화 기술은 매우 광범위한 응용 분야를 가지고 주로 액체 연료의 안개화를 대상으로 그 안개화 기리, 안개화 방법, 액체 안개의 테스트 기술과 연료 안개화의 수치 시뮬레이션 기술 등 측면에서 안개화 기술에 대해 간략하게 설명했다.
안개화 기술은 거의 모든 공업 분야를 포괄하고 있는데, 예를 들면 교통 운수, 농업 생산 및 인민의 일상생활은 각종 연료 (기체, 액체 및 고체 연료) 의 연소 외에 안개화 기술은 촉매 입자 제조, 식품 가공, 분말 코팅, 농약 살포 등 비연소 공업에서도 광범위하게 응용되고 있다.
액체 의 안개화 기리 학설
액체의 안개화란 에너지를 첨가하는 작용하에 액체가 기체환경에서 액무나 기타 작은 안개방울로 변하는 물리적과정을 말한다.그 안개화 기리에 대해 이미 여러 가지 해석이 있는데, 예를 들면 공기 동력 교란설, 압력 진동설, 난류 교란설, 공기 교란설, 경계 조건 돌연변이설 등이다.
1.공기동력교란설 Castlemanzui는 일찍 공기동력교란설을 제기하였는데 그는 사류와 주위기체간의 공기동교란작용으로 사류표면에 불안정한 파동이 생기게 되였다고 인정하였다.속도가 증가함에 따라 불안정파가 작용하는 표면의 길이는 점점 짧아지고, 마이크로미터 (m) 체급까지 사류는 안개 모양으로 흩어진다.
2.압력 진동설 압력 진동설은 액체 공급 시스템의 압력 진동이 안개화 과정에 일정한 영향을 미치는 것을 관찰한 것이다.이에 따라 일반 분사 시스템에 압력 진동이 보편적으로 존재하기 때문에 안개화에 중요한 역할을 한다고 본다.
3.난류 교란설 난류 교란설은 사류 분무화 과정이 노즐 내부에서 발생하며 유체 자체의 난류도가 중요한 역할을 할 수 있다고 생각한다.물살의 관류 운동인 노즐 내 유체의 지름 방향 분속은 노즐 출구에서 즉시 교란을 일으켜 안개화를 일으킨다는 시각도 있다.
4.공기 교란설 공기 교란설은 급류 교란설에 대해 상반된 태도를 가지고 분유 시스템 내의 혈식 현상으로 인해 발생하는 대진폭 압력 교란이 안개화의 원인이라고 생각한다.
5. 경계조건 돌연변이설 경계조건 돌연변이설은 노즐 출구에서 액체의 경계조건(내응력)에 돌연변이가 발생한 것으로 판단한다.또는 층류 사류가 튀어나와 노즐의 벽면 구속을 잃어 단면 내 속도 분포가 갑자기 바뀌어 안개가 생긴다.
위에 열거한 다섯 가지 노즐의 기리 가설은 모두 부족한 점이 있으며, 심지어 그 자체가 서로 모순된다.BraccoFV와 같은 대부분의 학자들은 공기 동력 방해설에 대해 지지합니다.이 가설은 비교적 충분히 발전하여 저속사류의 분렬파쇄원인을 비교적 잘 해석하였는데 이를 통해 고속사류까지 추리하면 안개화의 기본원인으로 될수 있다.현재 국내외에서 연료 분사 안개화 기리에 대한 연구는 주로 두 가지 측면에서 진행된다. 첫째, 수치 계산 기술을 이용하여 다양한 가설 모델을 구축하여 수치 모델화 연구를 한다.다른 한편으로는 선진적인 광전 테스트 기술을 이용하여 안개화 과정의 세부 사항을 포착하여 어떤 가설 또는 종합적인 가설을 지원할 수 있도록 한다.
안개화 과정 및 방법
안개화를 통하여 액체연료가 입자가 미소하고 크기가 균일한 액무를 형성하여 액체연료와 조연공기 사이의 접촉면적을 증가시키고 증발을 촉진함으로써 연료가 충분히 효과적으로 연소되도록 한다.그리고 안개가 가늘어질수록 충분히 연소된다.보통 액체 안개의 분사 안개화 과정은 세 단계로 나뉜다. 첫째, 액체가 노즐 내부에서 흐르는 단계이다.둘째는 액체가 분출된 후 액기둥에서 안개방울로 분열되는 단계이다.셋째, 안개방울이 기체에서 진일보 분쇄되는 단계이다.그 중 두 번째 단계는 주요하며 공기 동력 교란설로 설명할 수 있다.
액체 분무화 방법도 다양하며, 대표적인 것은 주로 기계 분무화, 매체 분무화, 특수 노즐 분무화이다.
1. 기계적 안개화
기계안개화는 주로 연료가 압력차의 작용하에 산생된 고속사류에 의해 연료가 안개화되는데 이는 또 직사식, 원심식, 회전식 안개화로 세분화될수 있다.
직사식 안개화와 원심식 안개화를 통칭하여 압력 안개화라고 할 수 있다.직사식은 주로 연료의 분사에 의존하여 안개화의 목적을 달성하기 때문에 유압의 요구가 비교적 높고 분출구의 직경이 클수록 안개화가 굵기 때문에 분출구의 직경이 너무 크면 안 되고 유량 조절 범위가 비교적 작다.원심식 안개화는 고압 액체 경선류 장치에서 발생하는 원심력을 이용해 액막을 만들어 공기에 의해 부서져 안개화하는 것이다.원심식 안개화는 직사식 안개화보다 효과가 우수하지만, 마찬가지로 비교적 높은 급유 압력을 필요로 하기 때문에 안개화 고점성 연료에는 적합하지 않다.
회전식 안개화는 크게 회전체형과 회전분출구형 두 종류로 나뉘는데 회전체형은 회전컵식과 회전판식 8로 나뉜다.회전컵식 안개화는 원추형 회전컵의 앞부분에 연료를 분사하고 고속으로 회전하는 회전컵을 빌어 연료를 박막으로 펼쳐"원심력분무"와"속도분무"의 종합작용으로 연료를 안개화한다.국내에서는 주로 공업용광로와 보일러에 응용된다.같은 도리로 선반식안개화는 고속으로 회전하는 원반에 의거하여 연료를 안개화하는것으로서 현재 주로 분무건조분야에 응용되고있다.소형 가스 터빈의 굴절 연소기에 사용되는 원심 차유판은 전형적인 회전 분출구 분무화이며, 그것의 분무화 품질은 주로 고속 회전으로 발생하는 거대한 원심력 작용으로 벽에 붙인 연료가 * 당량 압력을 가지고 있어 차출된 연료의 지름 방향 속도가 특히 높다.
2. 미디어 안개
매체의 안개화는 매체에 따라 증기안개화, 공기안개화로 나눌수 있으며 안개화방식에 따라 또 기동안개화와 기포안개화로 나눌수 있다.
공기의 안개화는 일정한 압력의 기체 (압축공기 또는 증기) 에 의해 고속기류를 형성하여 기체와 연료사이에 아주 높은 상대속도를 형성하여 안개화의 목적을 달성하게 한다.그 장점은 낮은 급유 압력에서 좋은 안개화 효과를 얻을 수 있고, 고점도 연료를 사용할 때 여전히 비교적 높은 안개화 품질을 얻을 수 있으며, 작업 상황을 비교적 큰 범위 내에서 조절할 수 있다는 것이다.
기포 분무화는 1980년대 초 A.H.Lefebvre9가 제안한 새로운 공기압 분무화 방식으로, 압축된 공기를 어떤 적절한 방식으로 액체에 주입하고, 노즐 혼합실 안에서 안정된 거품 모양의 양상 흐름을 형성하며, 노즐 출구에서 극히 짧은 거리에서 기포 내외 압차의 격렬한 변화로 인해 파열될 때까지 급격히 팽창하여 그 입자를 더욱 미세하게 분쇄한다.기포의 안개화는 가스소모량이 적고 안개화의 질이 높으며 안개화효과는 기본적으로 수출직경의 영향을 받지 않기 때문에 안개화중, 찌꺼기유 등 고점도 액체연료에 비교적 적합하다.
3. 특수 노즐 분무
특수 노즐은 일반적으로 초음파, 전자장, 정전기 작용 등의 원리를 이용하여 안개화한다.
초음파 분무화는 초음파 진동 분무화라고도 하는데, 그 분무화 기리는 비교적 복잡하다. 관계자들은 초음파 분무화의 원리는 초음파 기류가 공진강에 들어가 고주파 압력파를 발생시킨다. 이 파는 액체 표면으로 전달되어 진동을 일으켜 초음파를 발생시킨다. 진동 진폭으로 인한 파봉은 액체를 표면에서 분리하고 파쇄한다. 초음파 주파수가 증가함에 따라 분무화 액체는 점점 가늘어난다. 일반적으로 초음파의 진동 주파수 작용으로 몇 미터 연료를 얻을 수 있다.초음파의 안개화 성능은 일반적으로 다른 안개화 방식보다 우수하기 때문에, 그 안개화 방울의 지름은 비교적 작고 (100m 이하), 안개 방울의 균일성도 비교적 좋으며, 크기 분포 균일 지수는 2이기 때문에 저산소 연소를 실현하기 쉬우며, 따라서 연기 중의 질소 산소 오염물의 배출량을 감소시킨다.
정전기 안개화는 주로 도료 안개화에 응용된다.정전기 스프레이에서는 고압 정전장의 작용으로 도료 액체가 미세한 미립자로 분열되어 도료를 안개화시킨다.정전기 안개는 도료 안개 장치에서 항상 다른 안개 방식과 함께 사용됩니다.
액체 안개화 시험에서 유장 중의 안개 방울군에 대한 테스트는 그 크기 분포를 측정해야 할 뿐만 아니라 그 공간 분포, 속도 등도 측정해야 한다.따라서 유장 및 분무장에 간섭하지 않는 방법으로 운동 중의 안개 방울군의 특징을 직접 측정하는 것이 좋다.측정 대상을 간섭하지 않는 방법 중 Zui를 광범위하게 사용하는 것은 광학법이다.레이저, 마이크로전자 및 컴퓨터 기술의 급속한 발전과 광범위한 응용에 따라 사람들은 많은 새로운 광학 테스트 기술을 개발했다. 예를 들어 레이저 홀로그램 안개 측정 기술, 레이저 산란 안개 측정 기술, 레이저 위상 도플러 안개 측정 기술 등 비접촉식 측정 방법 등은 모두 유장을 방해하지 않고 시간과 공간 해상도가 높은 장점을 가지며 분무 측정의 3차원성과 실시간성을 실현하여 노즐을 깊이 연구하는 데 강력한 테스트 수단을 제공했다.