1.一种用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置,其包括外壳、内壳和Z型旋流器,其特征在于,所述外壳的圆周方向上均匀设有氧化剂喷孔,所述氧化剂喷孔的底部设有喷孔出口,所述外壳的内部安装端和所述内壳的外部安装端连接,所述内壳的内部靠近顶部的位置设有直面安装端,所述直面安装端和所述Z型旋流器连接,所述内壳的内部靠近底部的位置设有斜面安装端,所述斜面安装端和沟槽流道连接,所述Z型旋流器和所述沟槽流道的中部设有内孔,所述内孔的顶部设有轴心氧化剂入口,所述内孔的底部设有轴心氧化剂出口,所述沟槽流道的底部设有旋流喷嘴出口,所述Z型旋流器的外壁均匀设有Z型旋流器入口;
所述Z型旋流器上的Z型旋流器入口使非牛顿流体产生旋流式流动,从而提高非牛顿流体的流动速度,所述Z型旋流器入口的脊线为旋轮线结构,所述旋轮线结构的脊线的具体表达式为:式中,x为旋轮线脊线所在平面的横坐标;y为旋轮线脊线所在平面的纵坐标;所在α为旋轮线的偏转角度;R为旋轮线的半径;
根据Z型旋流器入口在Z型旋流器上的分布形式,确定Z型旋流器上Z型旋流器入口的旋流数N,具体表达式如下:N=U/V
式中,U为旋流器中射流特征面上的最大切向速度;V为旋流器中最大轴向速度分量;
针对Z型旋流器上Z型旋流器入口的分布和旋流数N,确定Z型旋流器上Z型旋流器入口的旋流强度S,根据旋流强度S判断是否满足实际使用需求,具体表达式为:式中, r0为Z型旋流器的内半径,R0为Z型旋流器的外半径,α为旋轮线的偏转角度,Rpj为气流通过轴向旋流器的旋转半径, r0为Z型旋流器的内半径,R0为Z型旋流器的外半径,A为出口流通截面积,A0旋流器出口截面积;
所述喷孔出口和所述旋流喷嘴出口组成混合区域,所述Z型旋流器、所述内壳和所述沟槽流道组成旋流流道,所述混合区域位于所述旋流流道的下端;
燃料经Z型旋流器形成旋转流动,由沟槽流道经旋流喷嘴出口加速并流向位于旋流流道下端的混合区域,在混合区域处与轴心氧化剂出口和喷孔出口喷出的氧化剂相遇混合;Z型旋流器和沟槽流道使流体产生较快的流动速度对应的压降ΔPf增大,索特平均直径降低。
2.根据权利要求1所述的用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置,其特征在于,所述氧化剂喷孔的数量为八个,所述喷孔出口和所述轴心氧化剂出口的射流相交于一点。
3.根据权利要求1或者3所述的用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置,其特征在于,所述氧化剂喷孔的轴心和所述轴心氧化剂出口的轴心的夹角β在30°~60°内,所述旋流喷嘴出口和装置自身竖直方向的夹角α在30°~50°内。
4.根据权利要求1所述的用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置,其特征在于,所述Z型旋流器上Z型旋流器入口的脊线角度在30°~60°内,所述沟槽流道壁上的半圆直径为
2mm。
5.一种根据权利要求1‑4之一所述的用于高压非牛顿流体的雾化射流喷嘴装置的雾化方法,其特征在于,具体实施步骤为:S1、根据所需雾化锥角,设计氧化剂喷孔的轴心与轴心氧化剂出口的轴心的夹角β和氧化剂喷孔;
S2、根据预设的雾化效果,将一定数量的氧化剂喷孔沿外壳的轴线进行圆形阵列;
S3、在流体仿真平台上对非牛顿流体进行模拟仿真,根据仿真结果设置旋流器的各个结构参数,并将可调参数设置为全局变量;
S4、在S3的基础上,分别给定非牛顿流体在Z型旋流器入口的压力、氧化剂在轴心氧化剂入口压力和氧化剂喷孔入口的压力;
S5、非牛顿流体经Z型旋流器产生防止堵塞的旋转流速流入沟槽流道,并通过沟槽流道降低非牛顿流体的流动阻力,从旋流喷嘴出口流出;
沟槽流道的底部间距越大,附着在沟槽流道上的二次涡流就被抬得越高,粘性底层的厚度越大,沟槽流道表面的减阻效果越好,随着流向距离的增加沟槽流道改变了近壁面区域的湍流流场结构,由于沟槽流道的存在,切断了近壁区流体的展向运动,抑制了流体微团间的动量交换,使得沟槽流道底部存在大量低速稳定的流体;
S6、从旋流喷嘴出口流出的非牛顿流体与轴心氧化剂出口喷射出的氧化剂进行第一次雾化碰撞,并根据所需雾动量实时调节轴心氧化剂入口的压力;
S7、从氧化剂喷孔喷射出的氧化剂与S6中所产生的雾化液滴进行第二次雾化碰撞;
S8、在混合区域二次雾化碰撞后,利用索特平均直径SMD来作为衡量雾化质量的指标,其表达式如下:式中:μf为非牛顿流体运动的粘度,σf为非牛顿流体表面的张力,Gf为非牛顿流体的流量,ΔPf为非牛顿流体的压降。