0 引言

空气雾化涂料喷枪是一种在汽车涂装、家具制造、农业等各行业得到广泛应用的喷涂工具。它是利用高压气体的气动力使液滴发生破碎，产生雾化现象，并通过气流将雾化后的液滴喷涂到被喷涂物表面，形成涂料层。空气喷嘴在很大程度上影响了喷枪的雾化效果。

空气雾化涂料喷枪领域的研究在国外开展较早，不少企业已有了相当丰富的经验。国内在这方面的研究发展比较缓慢，喷枪的生产基本依赖于仿制国外喷枪，急需理论支持与方法指导。目前，对于喷枪雾化的研究方法主要有试验方法[1]和数值模拟[2-3]方法。试验方法主要采用先进精密的光学测试技术[4]，设备成本高并且试验条件比较苛刻；数值模拟的方法主要是依据计算流体力学的理论，进行建模与计算仿真[5]，易于实现。

目前，利用数值模拟方法对空气喷嘴的雾幅进行研究的较少。雾幅是空气雾化涂料喷枪的一个重要性能参数，雾幅很大程度上反映了雾化效果的好坏，因此有必要对影响雾幅的因素进行研究。本文采用数值模拟的方法，对空气喷嘴在选取扇面控制孔压力为变量下的气相流场和气液两相流场进行仿真，得到扇面控制控压力与雾化特性的一般规律，对今后空气喷嘴的设计与优化有一定的参考价值。

1 数值模拟

1.1 几何建模及基本结构

本文选取某型号空气雾化涂料喷枪的空气喷嘴进行三维建模，其基本模型结构如图1所示。

空气喷嘴主要由中心雾化孔、辅助雾化孔和扇面控制孔三部分组成。

其中，实际边际成本表示进口一单位中间品需要支付给国外中间品厂商的实际成本(以国外的单位劳动力来衡量)，imc表示使用一单位国内中间品需要支付给本国中间品厂商的实际成本(以本国的单位劳动力来衡量)，本国的工资为w，εk表示本国与进口中间品来源地k的名义汇率(间接标价法)，wk表示进口目的k地的工资，Fj表示本国出口到目的地j的固定成本。

1.2 流体域设定及网格划分

根据喷枪的技术要求（如表1）与流场模拟计算的需要，以空气喷嘴底面中心为坐标原点建立矩形流体域，长为600 mm，宽为600 mm，高为300 mm。

  

图1 空气喷嘴基本结构模型Fig.1 Basic structure model of air nozzle

 

（a）俯视图 （b）剖面图

 

表1 喷枪技术要求Tab.1 Technical requirements of spray gun

  

喷枪类型 空气喷嘴雾化压力/bar进气压力/bar耗气量/(L/min)喷涂距离/cm雾幅/cm RP喷枪 1.2 2.5 290 15～23 30

本文选择四面体非结构化网格，网格划分时采用分块划分方法，分为内外两部分。内部设置以空气喷嘴为中心150 mm×150 mm×200 mm的立方体为主要研究区域，其网格质量较密集，中心雾化孔、扇面控制孔及辅助雾化孔最大网格尺寸设置为0.5、0.3、0.2，四周壁面最大网格尺寸设置为3；外部网格质量较稀疏，最大网格尺寸设置为6。

在上述计算的气相流场基础上加入液体离散相，液滴材料选择液态水，设置初始速度为0 m/s，质量流量为0.000 5 kg/s。

划分好的整个流体域网格单元数为1 096 239，总节点数为187 308，经检验后，不存在负体积网格，满足计算要求。

1.3 基本方程

为了有效减少金矿开采导致的水资源污染，应采用水层隔离方式来减少水污染现象的发生，矿井排水也可以充分利用，用来灌溉农田。通过应用阻水技术和截流技术封闭进水通道，避免矿井水资源泄露，保障矿金周边能够正常供水。针对已污染水源需要及时进行净化处理和水污染治理。采用物理或化学方式进行污水治理，分段治理污水，逐步改善水环境，净化污水。

从气相流场速度流线图中可以看出，此时空气喷嘴的喷涂距离较短，整个气流场呈现椭球形。原因在于扇面控制孔压力与中心雾化孔压力一致，均为1.0 bar，导致喷孔喷出的两股气流产生干涉，也就是扇面控制孔压力过大，将雾幅“吹散”了，涂料无法被喷涂至被喷涂表面，此时喷枪的功能也就无法发挥。因此，在进行空气喷嘴结构的设计时，不能一味追求较大的雾幅而尽可能增大扇面控制孔的压力，应使扇面控制孔压力与主喷孔压力存在一定的差距。

气液两相流场仿真时，除了用到上述的基本方程外，还需用到粒子轨迹方程[7]：

喷枪在喷涂过程中，需遵循流体力学中的基本物理定律，包括连续性方程、动量守恒、能量方程等[6]。

将流体域的上表面设置为压力出口，出口压力设置为0 bar，流体域的四周和空气喷嘴的其余表面设置为无滑移的壁面。

 

1.4 计算模型

图2是得到的不同扇面控制孔压力下气相流场速度云图（最大可视速度设置为100 m/s）。

(1)完善的培训与开发体系。随着对培训重要性的认识，企业也开始越来越重视在人员培训和开发上的投入，一方面可以提升员工在目前岗位上的绩效，另一方面开发了员工的潜能，满足员工自身发展需要的同时也满足了组织发展对人力资源的需求。培训与开发的投资回报率也证实了其对组织发展的重要性。

DPM模型，本文选择碰撞与破碎模型，并设置气流的相互作用。

2 气相流场仿真

2.1 边界条件及参数设定

在高压的作用下，气体从喷枪空气喷嘴喷出时的速度较大，可接近于声速，因此要考虑气体的可压缩性对流动的影响。Fluent提供了基于压力和基于密度求解的两种求解器[8]，在此处选择适用于高速可压缩流体的基于密度的求解器。

网络教学平台的使用，需要我们的学生有比较强的自主学习能力及自控能力。由于江苏省普通高中的扩招，职业学校的生源每况愈下，学生自主学习能力更是不足，想要使用平台还需要长时间培养这方面的能力，也需要家长的配合，及时监督，共同管理。

气体模型选择理想气体。

将中心雾化孔、辅助雾化孔和扇面控制孔设置为压力进口，湍流参数选择湍流强度与水力直径控制方式。中心雾化孔压力设置为1.0 bar，湍流强度为15%，水力直径为0.002 5 m。扇面控制孔设置为关闭和开启，且压力分别为0.25 bar，0.5 bar，0.75 bar，1.0 bar，对应的湍流强度分别为3.75%，7.5%，11.25%，15%，水力直径设置为 0.002 5 m。

眼下，系统正考虑接入前期预算立项环节管理，以及后端合同执行、评价、监管、考核两部分内容，以实现采购全流程线上管理。

2.2 仿真结果及分析

湍流模型，本文选择标准k-ε模型。

扇面控制孔开启和关闭时，气相流场的最大速度均在289 m/s左右，说明扇面控制孔的关闭与开启及压力大小的变化对气相流场中的最大气体速度没有影响。由上述速度云图中可以看出，当扇面控制孔关闭时，气流场XZ平面和YZ平面的速度分布几乎一致，此时，空气喷嘴喷出的气流为圆形，不存在纵向的扩展。当扇面控制孔开启后，可以明显地看出气相流场XZ平面的速度分布范围增大，此时，喷出的气流场逐渐向椭圆形扩展。随着扇面控制孔压力的增加，气流的扩展程度也在逐渐增大，气流锥角逐渐增大，渐渐与喷雾形状相符合，即喷枪的雾幅在逐渐增大。在同样的喷涂距离下，喷枪的气流锥角越大，喷枪的雾化效果越好，越均匀，喷涂范围也越大。

但反观扇面控制孔压力为1.0 bar时的气相流场速度云图（见图3），上述结论似乎不再适用。为了更清楚地展现气流场的形态，选择中心雾化孔、辅助雾化孔和扇面控制孔的气相流场速度流线图（最大可视速度为100 m/s），如图4所示。

近十年来物流行业迅速发展，是一个新兴产业从无到有的一个过程。除了大型的跨国公司进入中国市场，中国本土也崛起了不少物流企业。但是由于发展体系还不够成熟，在这样的迅速发展过程中，很多企业在竞争中也显露出了一系列的问题。面对这样竞争激烈的环境，企业要长足发展就需要更好地满足顾客的需求以提高企业竞争力。所以SF以“成就客户，推动经济，发展民族速递业”的发展理念，努力提高企业的顾客满意度。

  

图2 不同扇面控制孔压力下气相流场速度云图Fig.2 Velocity contours of air flow field under different sector control hole pressure

 

（a）关闭,XZ平面 （b）关闭,YZ平面 （c）0.25 bar,XZ平面（d）0.25 bar,YZ 平面 （e）0.5 bar,XZ 平面 （f）0.5 bar,YZ 平面（g）0.75 bar,XZ平面 （h）0.75 bar,YZ平面

  

图3 扇面控制孔压力为1.0 bar时气相流场速度云图Fig.3 Velocity contour of air flow field when the sector control hole pressure is 1.0 bar

  

图4 扇面控制孔压力为1.0 bar时气相流场的速度流线图Fig.4 Pathline of air flow field when the sector control hole pressure is 1.0 bar

3 气液两相流场仿真

3.1 参数设定

转化思想是把未知解的问题转化到在已有知识范围内可解的问题的一种重要的数学思想方法．我们经常通过不断的转化,把不熟悉、不规范、复杂的问题转化为熟悉、规范甚至模式化的、简单的问题．

综上所述，妊娠糖尿病高危孕妇极容易产生巨大儿、胎膜早破、胎儿窘迫和早产等不良妊娠结局。为了防范不良妊娠结局产生，医务人员应加强对产妇各个妊娠阶段的综合管理，为其提供科学的饮食、运动干预指导，促进高危孕妇合理膳食，形成母婴安全的良好前提。

3.2 仿真结果及分析

图5是得到的不同扇面控制孔压力下的液滴速度分布图（最大可视速度设置为20 m/s），图6是液滴锥角与扇面控制孔压力的关系曲线图。

  

图5 不同扇面控制孔压力下液滴速度分布图Fig.5 Velocity contours of particle tracks under different sector control hole pressure

 

（a）关闭 （b）0.25 bar （c）0.5 bar （d）0.75 bar

  

图6 液滴锥角与扇面控制孔压力的关系曲线图Fig.6 Graph of relation between particle cone angle and sector control hole pressure

上述液滴速度分布图和关系曲线图也可以证明气相流场仿真中得到的结论。但是可以看出，随着空气喷嘴雾幅范围的扩大，其中心线轴向速度有所衰减。为了更清楚地展现空气喷嘴喷雾中心线轴向速度与扇面控制孔压力的关系，引入速度曲线图7。

  

图7 不同扇面控制孔压力下中心轴线速度分布曲线Fig.7 Velocity distribution of central axis under different sector control hole pressure

 

（a）关闭 （b）0.25 bar （c）0.5 bar （d）0.75 bar

从曲线图7中可以看出，在不同的扇面控制孔压力下，空气喷嘴中心线的轴向速度均是从中心雾化孔处开始，由0 m/s急剧增大到最大速度，在15 mm左右处达到最大值，且其最大数值相差不大，为225 m/s左右。当速度达到最大值之后便开始衰减，随着扇面控制孔压力的增大，轴向速度的衰减速度也在增大，这样将导致喷枪的喷涂距离有所减小。从距离中心雾化孔100 mm处开始，中心线的轴向速度开始趋于平稳。因此，为了使喷枪的喷涂距离达到要求，要合理选择扇面控制孔的压力。

4 总结

综合气相流场及气液两相流场的仿真结果，得到以下结论，可对今后空气喷嘴的设计与优化起到一定的参考价值。

（1）扇面控制孔的关闭与开启及压力大小的变化对气相流场中的最大气体速度没有影响。

（2）随着扇面控制孔压力的增大，空气喷嘴的雾幅逐渐增大；液滴锥角也逐渐增大，增大规律近似为线性。

（3）扇面控制孔压力不能过大，应与中心雾化孔压力有一定差值，不然会对喷雾产生不利影响。

（4）随着扇面控制孔压力的增大，喷雾的轴向速度会相对减小，即喷枪的喷涂距离会受到影响。因此，如果要求喷枪的雾幅和喷涂距离均符合要求，需要合理选择扇面控制孔的压力，在不同的雾幅和喷涂距离中选择最优方案。

参考文献

[1]Lozano A,Call C J,Dopazo C,et al.Experience and numerical study of the atomization of a planar liquid sheet[J].Atomization and Sprays,1996,6 (1) :77-94.

[2]Hsiao G，Mongia H C.Swirl cup modeling Part 3: grid independent solution with different turbulence models[R]. AIAA Paper,2003.

[3]Schmehl R,Rosskamp H,Willmann M,et al.CFD analysis of spray propagation and evaporation including wall film formation and spray/film interaction[J].International Journal of Heat and Fluid Flow,1999,20 (5) :520-529.

[4]于忠强.空气雾化喷嘴雾化特性的实验研究[D].大连:大连理工大学,2014.

[5]刘国雄.空气雾化涂料喷枪喷涂流场仿真及特性研究[D].杭州:浙江大学,2012.

[6]罗惕乾.流体力学[M].4版.北京:机械工业出版社,2017.

[7]王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[8]丁欣硕,焦楠.Fluent 14.5 流体仿真计算从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2014.