摘 要：随着社会的发展，人们对原油的需求量逐渐上升，这就迫切的需要实施油田节能降耗管理，提升加热炉热效率，最大限度的降低燃料单耗，加大对气动旋流雾化原油燃烧器喷嘴的研究力度。本文基于新型内混式气动旋流雾化原油燃烧器喷嘴的结构及雾化机理，主要阐述了其雾化特定实验的装置及内容，最后对实验结果进行分析和总结，以期更好的把握气动雾化喷嘴的特性，了解其适应范围，研究装置的最佳操作工况。

关键词：空气雾化;雾化喷嘴;实验研究

液体燃烧时污染物的排放量及燃料的燃烧效率取决于燃料的雾化质量，所以研究燃烧器的冷态流场试验的关键就是燃油燃烧器的雾化。本文借助可适性相位多普勒激光测速仪对不同雾化压力下的喷嘴特性进行分析和研究，使试验研究数据更具指导意义，为相关研究提供参考。

1 喷嘴结构及雾化机理

结合边际油田的实际状况，雾化方式为旋流式的新型内混式气动旋流雾化原油燃烧器喷嘴，其工作原理为：喷嘴的中心气管四周可以喷出油，同径向喷孔喷出的空气相混合，混合气体在燃烧室中不断进行摩擦、撞击，完成第一次雾化，之后以螺旋的方式从旋流喷头通道中将混合油气喷出，在炉膛内同空气进行掺混，完成第二次雾化[1]。

2 实验研究装置及内容

在试验研究模拟过程中，对油由泵进行加压处理，使原油通过压力表和流量计之后达到喷嘴，之后进行空气过滤后，将其在往复式压缩机中进行压缩，利用喷嘴内管进入缓冲罐，最后使原油同处理后的空气进行充分的混合并喷出。

可适性相位多普勒激光测速仪是实验研究的重要设备，该设备取得液体流速信息的主要依据就是照射光光波同示踪粒子光波在流体中的频差，结合由运动粒子产生的不同光频信号（大于等于2个）的相位漂移，从而对粒子的不同信息进行明确，比如：粒子时空分布状况、粒子浓度、粒子大小等[2]。

利用可适性相位多普勒激光测速仪对雾化场进行测量的过程中，涉及到多项设备和仪器，包括多个操作环节，试验研究过程主要包括：

（1）对测量点的坐标数据进行编制，将编制结果传输到至find软件并保存;

（2）将自动坐标架、可适性相位多普勒激光测速仪开启;

（3）在find软件中将设定好的文件打开;

（4）将空气压缩机开启，并保证气体在缓冲罐中达到预定压力标准，将阀门缓缓打开;

（5）将离心泵开启后，对泵的输出压力进行设定，将喷嘴阀门打开;

（6）根据设定值对喷嘴水压、雾化气压进行调整，当喷嘴处的喷雾达到稳定状态时，完成测量工作。

3 实验结果及分析

3.1 半径方向位置及浓度分布

试验可得沿半径方向的粒子浓度在距喷口1.714mm处的横截面时的浓度分布状况，当粒子位于断面测量半径中间部位的时候，浓度达到最大值，而当位于界面轴线外端及周线处时，浓度最小[3]。由此可知沿半径方向的粒子浓度会随着同喷口和截面之间距离的增大而不断变化，呈现出一种钟形分布状况。雾化场中间部位的空气柱能够使得空气和油滴进行充分的融合，保证内、外部燃烧的充分性，大大提高了燃烧的效率，使得燃烧器性能得到进一步的提升。

根据不同压力下半径方向位置和浓度的曲线分布状况可知，当雾化压力达到0.26MPa的情况下，同中间部位相比，粒子的浓度明显减小，表示0.26MPa的压力下，不会出现钟型分布的状态，旋流分离和雾化速度相对较小。只有当雾化压力超过固定结构的喷嘴时，雾化场的旋流雾化效果才能达到最佳。

3.2 雾化气量

新型气动旋流雾化原油燃烧器喷嘴的结构及操作参数直接影响着雾化气量，由于雾化气体为空气，当雾化气量增大时，对压缩机排放量的要求也会相继提高，最终会降低总效益[4]。在边际油田中应首先要确保喷嘴雾化质量，并最大限度的减小用气量，在压力增大的过程中，雾化气流量、油流量的也会增大，导致气液质量各不相同，喷嘴在不同压力下对应的雾化气量均小于0.1。

3.3 雾化粒子速度场

试验研究获得的雾化压力为0.4MPa的情况下，平行断面二维速度矢量图中，旋流式射流喷嘴外湍流射流流场比较复杂，不仅包括尾涡运动、自由射流运动，还包括紊流运动，喷嘴处的雾化场总体为放射状态，射流在喷口的速度在30m/s以上[5]。

燃烧室着火后的混合环节就是扩散混合，而油雾燃烧本质上也可以看作是扩散燃烧，空气中油蒸气扩散速度、油滴蒸发速度影响着油雾的燃烧速度。如果喷嘴处的湍流强度达到一定程度的话，空气同油雾的混合会更有效，改善油蒸气扩散和油滴蒸发速度，保持稳定、高效的燃烧。

4 结语

经过气动旋流雾化原油喷嘴雾化特性的实验研究，发现当半径方向粒子浓度在雾化场中分布形式为钟形，空气柱在粒子中能够保证燃烧的稳定性，燃烧更加充分;在确保雾化质量的基础上，应尽量减小用气量，通过较小型号的压缩机进行供气，不仅为后期维修工作提供方便，还能减少功率损耗，在边际油田中发挥着重要作用，在原油加热炉燃烧器（无配套蒸汽锅炉）中非常适用。

参考文献：

[1]田春霞，仇性启，崔运静.喷嘴雾化技术进展[J].工业加热，2005（04）.

[2]王立荣.新型旋流式与内混式气动雾化喷嘴比较[J].石油化工设备，2002（02）.

[3]陈斌，郭烈锦，张西民，高晖，Panidis Th.，Papailiou D.D..喷嘴雾化特性实验研究[J].工程热物理学报，2001（02）.

[4]王宗明，段希利，仇性启.气动旋流喷嘴燃烧特性实验研究[J].石油化工设备，2004（03）.

[5]李进贤，徐敏，陈步学等.气/液同轴旋流式喷嘴雾化特性实验研究[J].宇航学报，2000（S1）.