激光粒度儀在噴嘴行業中的應用

來源：

作者：

一、噴嘴及其行業發展

噴嘴，英文叫NOZZLE，中文也稱噴頭、噴咀。噴嘴是很多種噴淋、噴霧、噴油、噴砂、噴涂等設備里很關鍵的一個部件，起著重要的作用。噴嘴在行業中的應用非常廣泛，材質從不銹鋼、塑料到碳化硅、聚四氟乙稀、PP（工程塑料）、鋁合金和鎢鋼等，應用范圍一般常用在汽車、電鍍、表面處理、高壓清洗、除塵、降溫、脫硫、加濕、攪拌、園林等各個行業。

由于噴嘴是按其在多種不同噴霧條件下工作而設計的，因而選用適合需要的噴嘴，以便在使用中達到最佳噴霧性能。噴嘴的特性主要體現在噴嘴的噴霧類型，即液體離開噴嘴口時形成的形狀以及它的運行性能。噴嘴的命名一是以噴霧形狀區分為扇形、錐形、液柱流（即射流）、空氣霧化、扁平噴嘴，其中錐形噴嘴又分為空心錐形與實心錐形二大類；選用噴嘴的因素有流量、壓力、噴霧角度、覆蓋范圍、沖擊力、溫度、材質、應用等，而這些因素之間往往相互牽連、相互制約。

近年來，我國噴霧行業穩步增長，噴嘴噴頭行業的地位越來越重要。目前噴嘴行業發展進入變革階段，正是中國五金產品更新換代的階段，從中低端向高端產品的過度時期。噴霧零部件市場需求很大。由于中國五金制造水平的提高和產能的擴大，預計今后5年內，中國五金產品仍將保持每年10%以上的平穩增長。

二、噴嘴為什么要進行噴霧的測量

對于液體進行霧化是許多專業領域的共同需求。在空調噴水室、農業植保機械、農業建筑內的霧化降溫和噴霧消毒、噴灌及噴霧干燥等領域使用著各種各樣的液體霧化器。評定噴頭性能優劣的重要指標是其產生的霧滴直徑大小及霧滴直徑譜分布，而常用的數量中徑、體積中經、算術平均直徑或索特爾平均直徑等評價指標雖能從不同側面在總體上反應霧滴直徑大小，卻不能全面的反應總體的霧滴直徑分布，即霧滴直徑大小的范圍和不同直徑霧滴所占不多少的情況。為了對噴頭進行深入的研究，以便正確運用和設計噴頭及與其相配合的相關裝置，需要全面掌握總體的霧滴直徑譜分布規律。

噴嘴噴霧粒度指標的確定噴嘴噴霧形成的霧場是由大小不等的霧滴群顆粒組成，為了描述和評定霧滴群的霧化質量和表示其霧化特性，需要一個液滴尺寸分布表達式來衡量顆粒直徑大小或者不同直徑顆粒的數量或質量。評價液滴粒度的指標，可以用一個所謂的“平均直徑”來表達，其是設想有一個液滴尺寸均勻的霧場，它在某方面的特性可以代替實際的不均勻霧場的特性，這個設想的均勻霧場的液滴尺寸稱為平均粒徑。

三、噴霧粒徑測量方法

霧滴尺寸測量的方法：

霧滴尺寸測試的準確性與霧滴采樣的方法及測量儀器的精度均有很大的關系。理想霧滴測定放過應達到：采樣和測量迅速；在整個被測量范圍內，能獲得良好的霧滴尺寸分辨率；能適應液體霧化區好周圍空氣特性的變化；在測量過程中不干擾霧化過程或噴霧特性；測量方便，經濟性好。而且目前已開發的大量的測量霧滴尺寸的方法，沒有任何一種方法能滿足上述所有條件，關鍵能找到一種滿足特定領域需要的測定方法。

國外對霧滴尺寸測定實驗的研究起步較早，例如上個世紀40年代初，Meginer就開始利用斑點法來直接測量霧滴的大小和分布情況。后來Hoffman的攝影法是一種改進后的直接測霧滴大小和分布的方法。由于實驗周期長同時需要專業人員參與，勞動量極大，所以很少人采用這個方法?？紤]到霧滴微小而極易蒸發，Tate曾提出了利用沉浸技術來收集霧滴，由于水滴與低密度的油液具有不相容性，水滴落入油液中會被油液包圍從而避免蒸發，由于水滴表面具有張力，可以利用顯微鏡來進行霧滴大小的測量。這階段主要利用顯微鏡人工測量霧滴尺寸，工作量大，且準確性較差。

當霧滴尺寸過小時，霧滴極易揮發，漂移也多，不易準確測得。所以，為了更精準的測量霧滴尺寸與分布規律，人們發明了許多基于光學的測量系統，激光粒度儀就是其中代表。當分散在液體中的顆粒受到激光的照射時，就產生衍射現象，該衍射光通過付氏透鏡后，在焦平面上形成“靶心”狀的衍射光環，衍射光環的半徑與顆粒的大小有關，衍射光環的強度與相關粒徑顆粒的多少有關，通過放置在焦平面上的環型光電接受器陣列，就可以接受激光不同的粒徑的顆粒的衍射信號或光散射信號。這種儀器測量精度極高，由于采用激光技術對霧滴進行非接觸式測量，使測量誤差減低到很低，當霧滴直徑為1微米時，誤差不大于4%，測量數值幾乎無需修正；汽車測量過程極為迅速、簡單對空氣中的霧滴的測量量不超過幾秒，測量的結果經計算機處理后可迅速打印處理；測量的結果經計算處理后可迅速打印出來；測量范圍可達0.5微米-3500微米。這一范圍手工測量是達不到的，隨著現代科技的發展，目前國外研究的激光粒度儀還可以測量霧滴的速度。

四、激光粒度儀在噴嘴行業中的應用

　激光粒度測量儀是近年來興起的一種新型粒度檢測設備，它具有實時檢測特性使其擁有廣泛的應用范圍。隨著噴嘴測試技術的發展，激光粒度儀在噴霧實驗中的應用也越來越廣泛地受到重視。武漢科技大學煤燃燒國家重點實驗室，針對噴嘴的實驗中采用的winner318型激光粒度儀進行實驗。其測試結果如下：