水力噴射空氣旋流器的氣相壓降特性及射流霧化研究.pdf

1、水力噴射空氣旋流器(water-sparged aerocyclone，WSA)是一種利用液相射流在氣相三維旋流場中的霧化現(xiàn)象，形成液體射流與氣體旋流耦合場，同時又利用旋流場的靜態(tài)超重力作用，實現(xiàn)強化氣液傳質和反應的新型傳質反應設備。為了深入認識WSA中氣液兩相的作用機理，提出WSA中射流霧化的調控方法，本文采用實驗研究，并結合數(shù)值模擬方法，系統(tǒng)地研究了WSA的氣相壓降特性與變化機制，以及WSA中射流霧化的傳質面積與液滴尺寸。本研究主要

2、內容包括：
　?、臰SA的氣相壓降隨著進口氣速的增大，會相繼經歷一個低壓降區(qū)、壓降突跳區(qū)和高壓降區(qū)三個特征區(qū)域，而且WSA中液體射流的排列方式不會影響這種氣相壓降變化的規(guī)律，射流的充分霧化發(fā)生在高壓降區(qū)域內。
　?、评字Z應力模型和VOF兩相流模型能夠較好地模擬WSA的氣相壓降特性和液相回流比。通過對三個不同氣相壓降區(qū)域的液相含率分布、射流流型的分析，提出了WSA氣相壓降突變的機理。在低壓降區(qū)域(0

3、)，射流與旋流場的相互影響較小，射流保持較完整的形態(tài)；在壓降突跳區(qū)域(7.118.89 m·s-1)，射流霧化逐漸轉化為剪切破碎霧化機理。
　　⑶在射流旋流耦合場中，軸向速度隨進口氣速增大而增大。但當進口氣速處于壓降突跳區(qū)時，在接近旋流器壁面處軸向速度增加最大；旋流場的切

4、向速度出現(xiàn)下降，并發(fā)生方向逆轉；耦合場徑向速度沿徑向分布不對稱性增大，速度方向也出現(xiàn)了逆轉現(xiàn)象。
　　⑷在氣相高壓降區(qū)域里，射流霧化的傳質面積隨進口氣速增大，先升高后下降，出現(xiàn)一個最大值。射流霧化傳質面積較大時，進口氣速一般需要超過壓降突跳終點氣速的50％~100%，這與氣液兩相流數(shù)值模擬得到的結果范圍相近；射流霧化傳質面積達到最大值時，進口氣速需超過壓降突跳終點氣速的80%左右。在一定的進口速度下，隨著射流速度的增大，比傳質面積

5、也相應地增大，而且當射流速度由低速向高速變化的過程中，傳質面積的增大在低射流速度時增加的幅度較明顯，在較高射流速度下傳質面積增加較慢。
　?、蒞SA中液體射流在氣相高壓降區(qū)域中射流霧化的液滴尺寸，隨著進口氣速的增大逐漸減小，達到最小值后又開始增大。射流霧化液滴尺寸達到最小值時的進口氣速約在超過壓降突跳終點氣速的100%。這與傳質面積較大的區(qū)域出現(xiàn)在進口氣速超過壓降突跳終點氣速的50%~100%的結論相吻合。在一定的進口氣速下，射流