水力喷射空气旋流器的气相压降特性及射流雾化研究

摘要

水力喷射空气旋流器(water-sparged aerocyclone，WSA)是一种利用液相射流在气相三维旋流场中的雾化现象，形成液体射流与气体旋流耦合场，同时又利用旋流场的静态超重力作用，实现强化气液传质和反应的新型传质反应设备。为了深入认识WSA中气液两相的作用机理，提出WSA中射流雾化的调控方法，本文采用实验研究，并结合数值模拟方法，系统地研究了WSA的气相压降特性与变化机制，以及WSA中射流雾化的传质面积与液滴尺寸。本研究主要内容包括：　　⑴WSA的气相压降随着进口气速的增大，会相继经历一个低压降区、压降突跳区和高压降区三个特征区域，而且WSA中液体射流的排列方式不会影响这种气相压降变化的规律，射流的充分雾化发生在高压降区域内。　　⑵雷诺应力模型和VOF两相流模型能够较好地模拟WSA的气相压降特性和液相回流比。通过对三个不同气相压降区域的液相含率分布、射流流型的分析，提出了WSA气相压降突变的机理。在低压降区域(08.89 m·s-1)，射流雾化逐渐转化为剪切破碎雾化机理。　　⑶在射流旋流耦合场中，轴向速度随进口气速增大而增大。但当进口气速处于压降突跳区时，在接近旋流器壁面处轴向速度增加最大；旋流场的切向速度出现下降，并发生方向逆转；耦合场径向速度沿径向分布不对称性增大，速度方向也出现了逆转现象。　　⑷在气相高压降区域里，射流雾化的传质面积随进口气速增大，先升高后下降，出现一个最大值。射流雾化传质面积较大时，进口气速一般需要超过压降突跳终点气速的50％~100%，这与气液两相流数值模拟得到的结果范围相近；射流雾化传质面积达到最大值时，进口气速需超过压降突跳终点气速的80%左右。在一定的进口速度下，随着射流速度的增大，比传质面积也相应地增大，而且当射流速度由低速向高速变化的过程中，传质面积的增大在低射流速度时增加的幅度较明显，在较高射流速度下传质面积增加较慢。　　⑸WSA中液体射流在气相高压降区域中射流雾化的液滴尺寸，随着进口气速的增大逐渐减小，达到最小值后又开始增大。射流雾化液滴尺寸达到最小值时的进口气速约在超过压降突跳终点气速的100%。这与传质面积较大的区域出现在进口气速超过压降突跳终点气速的50%~100%的结论相吻合。在一定的进口气速下，射流速度增大有使射流雾化最小液滴尺寸增大的趋势。

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1 绪论

1.1气液传质设备简介

1.2 水力喷射空气旋流器

1.3 水力喷射空气旋流器的研究进展

1.4课题的提出

2 水力喷射空气旋流器的气相压降实验测定

2.1 实验部分

2.2实验结果与讨论

2.3小结

3 水力喷射空气旋流器气相压降模拟与流场分析

3.1 实验与模拟部分

3.2 实验结果与讨论

3.3 小结

4 气相高压降区域中的射流雾化传质面积

4.1 实验部分

4.2 实验结果与讨论

4.3 小结

5 高气相压降区域中的射流雾化液滴尺寸

5.1 实验装置

5.2 实验方法

5.3 实验结果与讨论

5.4 小结

6 结论与建议

6.1 研究结论

6.2 存在的问题及建议

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果