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UDC
学位论文
真空喷雾法的喷嘴内空化流动及喷雾过程模拟研究
作者姓名: 孙越
指导教师: 李建昌副教授
东北大学机械工程与自动化学院
申请学位级别: 硕士学科类别: 工科
学科专业名称: 流体机械及工程
论文提交日期: 2011 年 6 月论文答辩日期: 2011 年 6 月
学位授予日期: 2011 年 7 月答辩委员会主席:
评阅人:
东北大学
2011 年 6 月
A Thesis in Vacuum and Fluid Engineering
Simulation of Nozzle Internal Flow and Spray
Formation for Vacuum Spray Method
By Sun Yue
Supervisor: Associate professor Li Jianchang
Northeastern University
June 2011
独创性声明
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半年□一年□一年半□两年□
学位论文作者签名: 导师签名:
签字日期: 签字日期:
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东北大学硕士学位论文摘要
真空喷雾法的喷嘴内空化流动及喷雾过程模拟研究
摘要
真空喷雾法是制备聚合物薄膜较为新型的方法,其因具有成膜致密、膜厚均匀可控
及可制备梯度薄膜等特点而受到人们越来越多的关注。本文以真空环境下喷射聚合物溶
液制备聚合物功能薄膜的真空喷雾法为基础分析其成膜影响因素。首先对现有的真空喷
雾法进行分类总结,虽然这些方法均建立了实验装置并成功制备出性能良好的聚合物薄
膜,但对相关真空喷雾成膜过程却未见详细分析,研究尚有许多空白之处。由于实验研
究周期大且费用高,数值模拟研究体现出其优越性。
整个喷雾镀膜过程可分为喷嘴内部流动、喷嘴外部流动和雾滴趁机过程,本文对真
空喷雾法的数值模拟研究主要对前两部分来进行,其中喷嘴内部流动模拟分析结果也为
喷嘴外部雾化模拟提供了初始条件。空化对喷嘴内部流动有较大影响,本文首先对不同
出口压力、不同喷射压力、不同喷嘴直径、不同喷嘴长度和不同工作流体的喷嘴内部流
动进行了模拟分析,通过对比喷嘴内壁面、出口径向以及轴线上蒸汽量和湍动能分布分
析以上参数对喷嘴内部流动的影响,此外还分析了不同参数下的喷嘴流量系数。喷嘴外
部喷雾场模拟与喷嘴内部流动模拟相对应,通过分析喷射束宽度、喷雾贯穿距离、雾滴
索特平均直径以及雾滴直径总体分布来确定模拟参数对喷雾特性的影响。
结果发现:出口压力低于 MPa 后,喷嘴内部流动参数并没有明显变化。环境压
力低于 1 KPa 后,雾滴直径总体分布不再变化;提高喷射压力使喷嘴内蒸汽量和湍动能
均提高,但喷射压力高于 30 MPa 后,喷嘴内蒸汽量无明显变化,高喷射压力形成的喷
雾特性较好;喷嘴壁面及出口径向蒸汽量随喷嘴直径的增加而增加,但轴线蒸汽量与喷
嘴直径成反比,小直径喷嘴形成的喷雾特性较好;较短喷嘴壁面及出口径向蒸汽量较大,
但轴线蒸汽量很小,湍动能与喷嘴长度呈反比。不同长度喷嘴的喷雾场无明显变化;三
种有机流体的喷嘴内部流动和喷雾场结果均优于水。数值模拟结果为真空喷雾实验研究
提供了一些基本的参考,为该方法的进一步研究确定了方向。
关键词:真空喷雾,喷嘴,空化,薄膜,数值模拟
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东北大学硕士学位论文 Abstract
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东北大学硕士学位论文 Abstract
Simulation of Nozzle Internal Flow and Spray