激光粒度仪在喷嘴行业中的应用

一、喷嘴及其行业发展

   喷嘴，英文叫NOZZLE，中文也称喷头、喷咀。喷嘴是很多种喷淋、喷雾、喷油、喷砂、喷涂等设备里很关键的一个部件，起着重要的作用。喷嘴在行业中的应用非常广泛，材质从不锈钢、塑料到碳化硅、聚四氟乙稀、PP（工程塑料）、铝合金和钨钢等，应用范围一般常用在汽车、电镀、表面处理、高压清洗、除尘、降温、脱硫、加湿、搅拌、园林等各个行业。

    由于喷嘴是按其在多种不同喷雾条件下工作而设计的，因而选用适合需要的喷嘴，以便在使用中达到喷雾性能。喷嘴的特性主要体现在喷嘴的喷雾类型，即液体离开喷嘴口时形成的形状以及它的运行性能。喷嘴的命名一是以喷雾形状区分为扇形、锥形、液柱流（即射流）、空气雾化、扁平喷嘴，其中锥形喷嘴又分为空心锥形与实心锥形二大类；选用喷嘴的因素有流量、压力、喷雾角度、覆盖范围、冲击力、温度、材质、应用等，而这些因素之间往往相互牵连、相互制约。

     近年来，我国喷雾行业稳步增长，喷嘴喷头行业的地位越来越重要。目前喷嘴行业发展进入变革阶段，正是中国五金产品更新换代的阶段，从中低端向产品的过度时期。喷雾零部件市场需求很大。由于中国五金制造水平的提高和产能的扩大，预计今后5年内，中国五金产品仍将保持每年10%以上的平稳增长。    

  二、喷嘴为什么要进行喷雾的测量

对于液体进行雾化是许多专业领域的共同需求。在空调喷水室、农业植保机械、农业建筑内的雾化降温和喷雾消毒、喷灌及喷雾干燥等领域使用着各种各样的液体雾化器。评定喷头性能优劣的重要指标是其产生的雾滴直径大小及雾滴直径谱分布，而常用的数量中径、体积中经、算术平均直径或索特尔平均直径等评价指标虽能从不同侧面在总体上反应雾滴直径大小，却不能全面的反应总体的雾滴直径分布，即雾滴直径大小的范围和不同直径雾滴所占不多少的情况。为了对喷头进行深入的研究，以便正确运用和设计喷头及与其相配合的相关装置，需要全面掌握总体的雾滴直径谱分布规律。

     喷嘴喷雾粒度指标的确定喷嘴喷雾形成的雾场是由大小不等的雾滴群颗粒组成，为了描述和评定雾滴群的雾化质量和表示其雾化特性，需要一个液滴尺寸分布表达式来衡量颗粒直径大小或者不同直径颗粒的数量或质量。评价液滴粒度的指标，可以用一个所谓的“平均直径”来表达，其是设想有一个液滴尺寸均匀的雾场，它在某方面的特性可以代替实际的不均匀雾场的特性，这个设想的均匀雾场的液滴尺寸称为平均粒径。

三、喷雾粒径测量方法

雾滴尺寸测量的方法：

   雾滴尺寸测试的准确性与雾滴采样的方法及测量仪器的精度均有很大的关系。理想雾滴测定放过应达到：采样和测量迅速；在整个被测量范围内，能获得良好的雾滴尺寸分辨率；能适应液体雾化区好周围空气特性的变化；在测量过程中不干扰雾化过程或喷雾特性；测量方便，经济性好。而且目前已开发的大量的测量雾滴尺寸的方法，没有任何一种方法能满足上述所有条件，关键能找到一种满足特定领域需要的测定方法。

    国外对雾滴尺寸测定实验的研究起步较早，例如上个世纪40年代初，Meginer就开始利用斑点法来直接测量雾滴的大小和分布情况。后来Hoffman的摄影法是一种改进后的直接测雾滴大小和分布的方法。由于实验周期长同时需要专业人员参与，劳动量极大，所以很少人采用这个方法。考虑到雾滴微小而极易蒸发，Tate曾提出了利用沉浸技术来收集雾滴，由于水滴与低密度的油液具有不相容性，水滴落入油液中会被油液包围从而避免蒸发，由于水滴表面具有张力，可以利用显微镜来进行雾滴大小的测量。这阶段主要利用显微镜人工测量雾滴尺寸，工作量大，且准确性较差。

     当雾滴尺寸过小时，雾滴极易挥发，漂移也多，不易准确测得。所以，为了更的测量雾滴尺寸与分布规律，人们发明了许多基于光学的测量系统，激光粒度仪就是其中代表。当分散在液体中的颗粒受到激光的照射时，就产生衍射现象，该衍射光通过付氏透镜后，在焦平面上形成“靶心”状的衍射光环，衍射光环的半径与颗粒的大小有关，衍射光环的强度与相关粒径颗粒的多少有关，通过放置在焦平面上的环型光电接受器阵列，就可以接受激光不同的粒径的颗粒的衍射信号或光散射信号。这种仪器测量精度极高，由于采用激光技术对雾滴进行非接触式测量，使测量误差减低到很低，当雾滴直径为1微米时，误差不大于4%，测量数值几乎无需修正；汽车测量过程极为迅速、简单对空气中的雾滴的测量量不超过几秒，测量的结果经计算机处理后可迅速打印处理；测量的结果经计算处理后可迅速打印出来；测量范围可达0.5微米-3500微米。这一范围手工测量是达不到的，随着现代科技的发展，目前国外研究的激光粒度仪还可以测量雾滴的速度。

四、激光粒度仪在喷嘴行业中的应用

　激光粒度测量仪是近年来兴起的一种新型粒度检测设备，它具有实时检测特性使其拥有广泛的应用范围。随着喷嘴测试技术的发展，激光粒度仪在喷雾实验中的应用也越来越广泛地受到重视。武汉科技大学煤燃烧国家重点实验室，针对喷嘴的实验中采用的winner318型激光粒度仪进行实验。其测试结果如下：