随着工业化进程的加快,煤炭等矿产资源急剧消耗,传统降尘方式的弊端日益明显,导致了粉尘浓度快速上升,这不但对矿工的身体健康有严重的危害,而且存在一定的安全隐患,易引发粉尘爆炸。特别是那些粒径极小且能通过呼吸道进入人体肺泡区的呼吸性粉尘,能够引发尘肺病。由于呼吸性粉尘粒径小,普通水雾除尘难以进行有效捕捉,达不到良好的除尘效果。压电式超声雾化喷嘴利用压电材料的逆压电效应产生有效振幅,将液体破裂成细小雾滴,能够有效捕捉呼吸性粉尘并使其沉降,除尘效果较好。本文通过对超声雾化技术以及压电材料的特性进行分析,结合一维弹性振动理论,对超声雾化喷嘴的机械振动结构进行了理论设计,并进行了有限元模拟分析;通过设计喷头的流体通道,将喷嘴的结构设计与流场有机结合起来,并采用流体计算分析软件模拟流体的外流场射流情况。设计了一种谐振频率为20kHz的压电式超声雾化喷嘴,喷嘴由夹心式超声换能器、有圆弧过渡的阶梯型变幅杆和雾化圆盘组成。通过理论计算得出了喷嘴各个部分的具体尺寸,使用有限元分析软件进行模态分析与谐响应分析,并与理论计算进行对比验证。有限元分析得出系统的谐振频率为20480Hz,与理论计算相差2.40%。采用正交试验法得出过渡圆弧半径为3mm、雾化圆盘直径为13mm和厚度为3mm时,谐振频率取得最优值20153Hz。谐响应分析表明:喷嘴在雾化圆盘的前端面达到振幅峰值4.78μm,该振幅能够使连续性液体有效破碎成液滴。工作应力在变幅杆的圆弧过渡处达到最大值12.01MPa。采用流体数值分析软件对单相喷嘴射流的外流场进行仿真分析,研究不同进口压力及喷嘴出口不同位置处径向湍动能、速度、动压变化。分析得到,喷嘴在空气中的射流速度、动压和湍动能满足先增大后减小的规律,速度在喷嘴出口处取到最大值,在空气阻力等作用下,开始时衰减较快,后期衰减速度逐渐减小,射流的周边存在卷吸空气的现象,协同空气一起完成整个喷射过程。在单相水喷嘴的外围加入进气通道的方式获得水气两相同轴喷嘴,并对其外流场射流特性开展数值仿真分析。通过提取喷嘴出口不同流向位置处径向湍动能、速度、动压等参数,得出水气两相喷嘴射流变化规律。在与单相水射流对比时发现:水气两相喷嘴能够减缓速度和动压的衰减速度,湍动能更大,对周围空气的扰动能力更强,射流能力较强。