气雾喷嘴典型操作条件的判断方法与流程

本发明涉及一种气雾喷嘴典型操作条件的判断方法，主要用于判断某一操作条件是否为气雾喷嘴的典型操作条件，以进一步确定气雾喷嘴的典型操作条件。

背景技术

在连铸二冷，电子冷却及激光对皮肤手术的过程中，需要向铸坯、微型电子产品、以及待激光手术的皮肤表面进行高效均匀的冷却。目前，主要采用扇形的气雾两相流喷嘴对这些表面进行喷雾，以保证高效冷却和均匀释热。扇形的气雾两相流喷嘴，是指喷嘴喷出的喷雾近似二维的扇形平面状。这种喷嘴在实际操作中，主要由水压和气压构成其操作条件，不同的操作条件，喷出的喷雾具备不同的特性。如果某一操作条件可以对工况表面进行高效冷却和均匀释热，则该操作条件为典型操作条件。

但是，目前并没有切实可行的方法来判断某一操作条件是否为典型操作条件。在实际生产中，主要依靠不断尝试或者经验判断或者根据喷嘴厂家提供的参数来确定典型操作条件，这给实际使用带来极大的不便。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种切实可行的气雾喷嘴典型操作条件的判断方法，用于方便喷嘴的使用、提高工作效率。

本发明的技术方案如下：一种气雾喷嘴典型操作条件的判断方法，以待判断的操作条件操作喷嘴喷出扇形的喷雾，沿喷雾的出射中心轴y取多个径向截面mi，获取每个径向截面mi上的最大合速度uim，并确定每一截面上合速度为0.5uim的点pi’,然后获取pi’点距离中心轴y的垂直距离在每一截面mi上取多个点pij，获取点pij的轴向速度vij和该点距离中心轴y的垂直距离xij，对每一点pij的轴向速度vij和距离中心轴y的垂直距离xij按照以下公式进行无量纲化，并获得vij’和xij’：

在同一二维坐标系内，以xij’为横轴、vij’为竖轴，绘制各个截面的轴向速度无量纲分布曲线；如果各曲线重合，则该操作条件为气雾喷嘴的典型操作条件；如果各曲线不重合，则该操作条件不是气雾喷嘴的典型操作条件。

采用上述方法，以待判断操作条件的喷嘴喷出的扇形喷雾流场为对象，对喷雾上距离喷口不同距离的各个横截面多个点的轴向速度和径向距离无量纲化，并绘制各个截面的轴向速度无量纲分布曲线，根据各个截面的曲线是否重合，也即某工况各截面上无量纲距离相同的各点无量纲速度是否相等，来判断喷嘴的操作条件是否为典型操作条件，从而将紊流射流的流速分布规律-各截面轴向速度的相似性，应用于气液两相流扇形喷雾分析，并用于解决实际问题，提供了一种切实可行的、具有科学依据的气雾喷嘴典型操作条件的判断方法，用于方便喷嘴的使用、提高工作效率。更进一步地，基于上述对某一操作条件是否符合典型操作条件进行判断的方法，即可通过对多个操作条件的判断，确定气液两相流扇形喷嘴的典型操作条件。

速度的获取采用无接触测速设备piv直接测得喷雾各个点的轴向速度vij和径向速度uij，合速度uij经计算获得。通过piv设备直接获取喷雾各点的轴向速度和径向速度，速度获取快速高效。

速度的获取采用无接触测速设备ldv直接测得喷雾各个点的轴向速度vij和径向速度uij，合速度uij经计算获得。通过ldv设备直接获取喷雾各点的轴向速度和径向速度，速度获取精确度高。

基于扇形喷雾的对称性，以y轴为界，对其中一半喷雾绘制各个截面的轴向速度无量纲分布曲线即可。有利于提高判断效率。

有益效果：本发明通过将各个截面多个点的轴向速度和径向距离无量纲化，并绘制各个截面的轴向速度无量纲分布曲线，根据各个截面的曲线是否重合来判断喷嘴的操作条件是否为典型操作条件，从而提供了一种切实可行的气雾喷嘴典型操作条件的判断方法，用于方便喷嘴的使用、提高效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为喷雾的形状示意图。

图2为气压0.1mpa、水压0.3mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

图3为气压0.1mpa、水压0.4mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

图4为气压0.1mpa、水压0.5mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

图5为气压0.2mpa、水压0.3mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

图6为气压0.2mpa、水压0.4mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

图7为气压0.2mpa、水压0.5mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

图8为气压0.3mpa、水压0.3mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

图9为气压0.3mpa、水压0.4mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

图10为气压0.3mpa、水压0.5mpa操作条件下各径向截面的轴向速度无量纲曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例以待判断的操作条件操作喷嘴喷出扇形的喷雾，沿喷雾的出射中心轴y取多个径向截面mi，径向截面mi的数量和位置不做限定，根据实际情况选取即可，一般不少于三个截面。为了便于数据整理，本实施例优选沿y轴的起点开始对各个径向截面依次编号为m1，m2，mi……。

如图1所示，然后获取每个径向截面mi上的最大合速度uim；事实上，根据扇形喷雾的轴对称性，每一径向截面mi上的最大合速度uim点均为对称轴y轴上的点，也是最大轴向速度所在点，所以y轴也可以认为是最大合速度um轴。

如图1所示，然后确定每一截面上合速度为0.5uim的点pi’,然后获取pi’点距离中心轴y的垂直距离

综上，已经获取每一径向截面mi上的最大合速度uim和合速度为0.5uim的点pi’距离中心轴y的垂直距离每一径向截面mi上的uim和作为参数，后续用于对各个点的轴向速度和径向距离进行无量纲化。

如图1所示，在每一径向截面mi上取多个点pij，pij的位置和数量不做限定，根据实际情况选取即可，数量越多，后续绘制的曲线越平滑。为了便于数据整理，本实施例优选对各个点pij进行编号，其中i值与径向截面mi的编号相对应，并沿y轴开始向外对j值进行编号。

如图1所示，然后获取点pij的轴向速度vij和该点距离中心轴y的垂直距离xij。对每一点pij的轴向速度vij和距离中心轴y的垂直距离xij按照以下公式进行无量纲化，并获得无量纲轴向速度vij’和无量纲距离xij’：

最后，在同一二维坐标系内，以xij’为横轴、vij’为竖轴，绘制各个截面的轴向速度无量纲分布曲线。如果各曲线重合，则该操作条件为气雾喷嘴的典型操作条件；如果各曲线不重合，则该操作条件不是气雾喷嘴的典型操作条件。事实上，由于扇形喷雾的轴对称性，绘制的曲线还应该满足正态分布。并且，基于扇形喷雾的轴对称性，在选取pij点时，可以以y轴为界，只在其中一半喷雾上选点，并只对其中一半喷雾绘制各个截面的轴向速度无量纲分布曲线，再判断是否重合，可以减小工作量、提高工作效率。

市面上现有各种无接触测速设备，本领域技术人员应用这些无接触测速设备，很容易获取喷雾各点pij的轴向速度vij和径向速度uij，并根据轴向速度vij和径向速度uij计算出各点的合速度uij。

本实施例优选速度的获取采用无接触测速设备piv直接测得喷雾各个点的轴向速度vij和径向速度uij，合速度uij经计算获得。piv全名particleimagevelocimetry,又称粒子图像测速法。是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。近几十年来得到了不断完善与发展，piv技术的特点是超出了单点测速技术(如ldv)的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。因此，实际操作中，以待判断的操作条件操作喷嘴喷出扇形的喷雾，利用piv设备即可获得喷雾上大量点的速度分布信息，然后根据选取的截面和点，直接获取和计算相应的参数即可。

当然，速度的获取也可以采用无接触测速设备ldv直接测得喷雾各个点的轴向速度vij和径向速度uij，合速度uij经计算获得。ldv即为上述单点测速技术的设备，又称激光多普勒测速仪，是利用激光多普勒效应测量物体运动速度的实时测量仪器，具有线性特性与非接触测量的优点，并且精度高、动态响应快。由于ldv一次只能获取单点信息，因此，实际操作中，需要先确定喷雾上选取的截面和点，然后利用ldv设备依次获取各个点的速度参数。

基于上述对某一操作条件是否符合典型操作条件进行判断的方法，即可通过对多个操作条件的判断，确定气液喷嘴的典型操作条件。

为了更加清楚地说明本发明的技术方案，表一给出了对多个操作条件进行判断的列表，并以附图的方式展示各个操作条件多个截面mi的轴向速度无量纲曲线，从而对各个操作条件是否为典型操作条件进行判断。其中每一操作条件均选取四个截面m1(126mm)、m2(180mm)、m3(234mm)、m4(288mm)，在每一截面上选取多个点pij。

表一：

根据表一、图2-图10所示，当气压为0.2mpa、水压为0.4mpa时，如图6所示各个截面的轴向速度无量纲曲线重合且正态分布，因此该操作条件为典型操作条件。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部步骤进行顺序调整；实际操作中，本领域技术人员可以根据实际情况安排工作顺序，在绘制各个截面轴向速度无量纲分布曲线之前，各个点无量纲轴向速度vij’和无量纲距离xij’的计算，以及各个速度参数的获取顺序都是不做限定的，例如可以先获取各个点pij的轴向速度vij和该点距离中心轴y的垂直距离xij，然后再获取每一径向截面mi上的uim和等，这样的顺序变换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。