轴流风速下压力旋流喷嘴外流场特性研究

摘要

论文针对某石化公司烯烃厂裂解炉装置中油急冷器结焦问题展开。为深化对急冷器（即喷淋塔）中雾化及流动情况的认识，使喷嘴设计最佳化，更大程度的依靠合理的计算，减少实验的盲目性和工作量，论文首先根据相似理论推导并计算出模型喷嘴实验所需速度、流量、压力等操作参数。采用简化实验中的喷淋塔模型结合前人四流道压力旋流喷嘴结构对急冷器内部流场进行了模拟，得出以下结论：喷嘴安装过程中旋流方向的一致性对流场的均匀分布尤其重要；为使气液充分接触、传质传热，应避免喷雾场被气相风吹开，风速和喷嘴流速要相适应。根据蒸发传热学及几何学等知识推导出了设计喷嘴所需粒径、射流深度、最小喷雾锥角的计算公式，设计出喷嘴结构后根据旋流数理论对雾化锥角进行了设计计算验证。并利用APV系统、LS-2000和高速摄像仪对该喷嘴雾化及流量特性进行了喷嘴几何参数、操作参数等多因素冷态实验研究，总结出最佳操作参数并得出流量、SMD、雾锥浓度与喷嘴几何参数和压力的关系。对实验数据进行拟合得到理论旋流度Ω*与实际雾化锥角β正切值关系式。实验数据对旋流喷嘴及急冷器的设计和现场应用具有重要指导意义。对依据实验及模拟结果开发出的旋流喷嘴进行了现场实验，雾化效果良好。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2旋流雾化研究现状

1.2.1压力旋流雾化技术进展

1.2.2旋流雾化器的研究现状及应用领域

1.3研究内容、方法及技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2研究方法和技术路线

第二章旋流雾化及其在急冷过程中的应用

2.1压力旋流雾化机理

2.1.1压力旋流雾化机理

2.1.4雾化质量评价

2.1.3旋流雾化的测试技术

2.2急冷器内结焦原因分析

2.3急冷器内气、液流动形式

第三章轴流风速下急冷器的类比模化

3.1相似准则

3.1.1流动相似准则

3.1.2动力相似准则

3.2实验参数的确定

3.2.1操作参数的设计计算

3.2.2原型及模型自模化区的确定

3.2.3实验所需最小操作参数的计算

3.2.4模型喷嘴结构

3.3模型实验结果分析

3.3.1粒径分析

3.3.2速度分析

3.4小结

第四章轴流风速下压力旋流喷嘴外流场数值模拟

4.1基本假设

4.2计算区域及网格划分

4.3湍流模型及求解方法

4.3.1湍流模型的选择

4.3.2求解方法

4.4 FLUENT求解步骤

4.5边界条件的设定

4.6数值模拟结果分析

4.7小结

第五章压力旋流喷嘴结构设计

5.1旋转射流理论基础

5.1.1旋转射流的特性——旋流数

5.1.2弱旋转射流与强旋转射流

5.2旋流喷嘴设计计算

5.2.1所需粒径

5.2.2所需射流深度

5.2.3所需喷雾锥角

5.3旋流喷嘴结构设计

5.3.1旋流喷嘴雾化特性的影响因素

5.3.2旋流喷嘴结构设计

5.3.3理论雾化锥角计算

第六章压力旋流喷嘴外流场特性研究

6.1流量特性分析研究

6.2典型喷嘴速度分布及射流形态分析

6.3速度分布规律的研究

6.4索太尔平均粒径的分布

6.5喷雾锥角的测量

6.6喷嘴设计公式总结

6.7小结

结论与展望

1结论

2不足与展望

参考文献

附录 实验设计

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致 谢