液滴在蒸汽携带下撞击丝网除沫器的模拟研究

摘要

丝网除沫器广泛应用于热法海水淡化装置中，用来除去蒸汽中携带的海水液滴。如果除沫器不能有效的将液滴分离下来，会造成蒸馏水品质的下降和冷凝器中蒸汽走管内的结垢与腐蚀。除沫效率和压降是丝网除沫器的两项重要的性能指标。目前针对丝网除沫器性能进行的研究仍然比较少。一部分研究者通过实验获得除沫效率和压降的半经验公式，还有一少部分研究者通过CFD模拟获得计算丝网除沫器性能的有效模型。本文使用多孔介质和交错矩阵两种模型对丝网除沫器进行建模，并深入分析了丝网除沫器性能的影响因素。丝网除沫器性能的研究对工程应用有实际意义，首先除沫器的性能对海水淡化装置的总传热面积影响很大，这与工厂的资本成本有着直接联系。其次，除沫器的性能还会影响产品水水质，这也关乎工厂的运营成本。另外，本文研究具有一定的创新性，有助于指导丝网除沫器性能的进一步研究。本文的主要研究内容如下:
　　1.首先将丝网除沫器假设为多孔介质，探讨了气体流速、网丝直径、填充密度对干压降的影响。
　　2.利用交错矩阵模型对不同结构参数和运行条件下丝网除沫器的内部流场进行了数值模拟，获得网丝捕集效率和压力梯度，从而可以计算出丝网除沫器的除沫效率和压降。研究了丝网除沫器的网丝直径、填充率、厚度对除沫效率的影响，以及斯托克斯数与网丝捕集效率的关系。另外，引入除沫器品质来综合评价不同结构除沫器的性能。
　　3.基于响应曲面法，利用统计分析软件Design-Expert得到除沫效率、压降和除沫器品质的预测模型，并根据响应曲面和等高线图对影响因子间的交互作用进行了分析评价。本文的预测模型可以直观的反应丝网除沫器的结构参数和运行条件对除沫器性能的影响，并有助于丝网除沫器的优化设计。