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大气喷射器流场数值计算及性能分析
摘要：大气喷射器小型、高效、环保，具有广泛的应用前景。本文通过数值计算的手段，对大气喷射器的流场进行仿真分析，并针对喷嘴结构、气体口径等参数对喷嘴性能进行评估。结果表明，通过优化气体口径和喷嘴结构，大气喷射器可以实现更高的喷射效率和更好的喷雾均匀性。
关键词：大气喷射器、数值计算、流场、性能分析
一、介绍
大气喷射器是一种将液态药物在高速气流的作用下雾化形成小颗粒的装置，具有体积小、能耗低、成本高的优点，被广泛应用于农药、医药、化妆品等领域。对大气喷射器的流场进行优化，可以进一步提高其喷雾效率和均匀性，提高喷洒效果。
二、数值计算模型
本文选择了计算流体力学(CFD)的方法进行数值仿真。通过建立三维几何模型和数学模型，将流场描述为一系列的场量，如压力、速度、温度等，然后通过求解Navier-Stokes方程组来完成喷雾气流的模拟。本文采用商业计算软件ANSYSFluent进行模拟计算，模型参数如下：
●几何模型：喷嘴+气体管道
●计算空间：1.5m*1.5m*1.5m
●气体种类：空气
●气体初始状态：20℃，1atm
●运动粘度：18.5*10^-6m^2/s
●雷诺数：3000
三、数值模拟结果
通过模拟计算，在不同的气体口径和喷嘴结构参数下，获得了大气喷射器的流场分布图和相关性能指标，包括气体流速分布、流量、压降、涡度的变化等。
（1）气体口径对流场的影响
以不同的气体口径为参数，对大气喷射器的流场进行仿真。
如图1所示，当气体口径为15mm时，喷雾气流的速度最大且均匀；而当气体口径较小时（如10mm），气流速度较低，流量不足，无法完全将药液雾化；而当气体口径较大时（如20mm），气流速度过高，较易产生涡流，增大了流阻力和压降。
图1不同气体口径下的喷雾气流速度分布图
因此，通过优化气体口径，可以使喷雾气流的均匀性和流速达到最佳状态。
（2）喷嘴结构参数对流场的影响
以不同的喷嘴结构（如内径、出口角度）为参数，对大气喷射器的流场进行仿真。
在本次仿真中，选择了两种喷嘴结构分别为：直通喷嘴和锥形喷嘴。
如图2所示，当采用锥形喷嘴结构时，气流速度分布更均匀且流速更高，且均匀性明显优于标准的直通喷嘴结构。这说明锥形喷嘴的设计可以大大提高气流均匀性和喷雾效率。
图2不同结构下的喷雾气流速度分布图
四、结论
通过数值仿真分析，我们得到了不同喷嘴结构和气体口径下的大气喷射器流场分布和流量性能指标。结果表明，通过优化气体口径和喷嘴结构，大气喷射器可以实现更高的喷射效率和更好的喷雾均匀性，从而提高喷洒效果。
因此，在实际应用中，应根据具体情况选择合适的喷嘴结构和气体口径，以提高大气喷射器的性能。