水力噴射空氣旋流耦合場流場的模擬與射流霧化調控方法研究.pdf

1、水力噴射空氣旋流器（WSA）是一種新型高效的氣液傳質反應設備。采用雷諾應力模型和VOF兩相流模型較好地模擬了WSA的氣相壓降特性和液相回流比，并對此進行了實驗驗證。通過對WSA內射霧流化過程、流場分布、壓力場分布的數(shù)值模擬，以及射流霧化機理及其調控方法的研究，得出以下結論：
　　1. WSA的氣相壓降隨著進口氣速的增加先后出現(xiàn)低壓降區(qū)、壓降突跳區(qū)、壓降過渡區(qū)和高壓降區(qū)等四個特征區(qū)域。射流在這四個壓降區(qū)域里，分別表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)射流、變形

2、與袋式破碎、袋式破碎與剪切霧化和剪切霧化等流態(tài)。
　　2.在速度場的模擬中，切向速度是速度場中數(shù)值最大的，軸向速度次之，徑向速度最小。軸向速度是沿軸向向下逐漸增大，隨著氣速的增加，軸向速度也隨之增加，但軸向速度分布的不對稱性也增大。環(huán)隙部分的軸向速度方向的總體趨勢是豎直向下，而在排氣管內是豎直向上。徑向速度是速度場中數(shù)值變化最大的且在排氣管底部附近區(qū)域存在數(shù)值上最大值。切向速度在進口附近速度最大，但存在局部回流，隨著氣速增大，回流

3、區(qū)域逐漸消失。因此增大進口氣速是提高WSA的工作效率的有效方法。
　　3.從湍動能分布可以看出，相同氣速條件下，耦合空間的湍動能沿豎直向下逐漸減小。隨著氣速的增加，湍動能的平均值沿豎直方向上變化越大。
　　4.通過對WSA壓力場的數(shù)值模擬，得出在氣速16 m?s-1時，其壓力最大值區(qū)域分布最為對稱，說明此處的氣液傳質相關性質的狀態(tài)趨于穩(wěn)定，可能是氣液傳質的效果從非穩(wěn)態(tài)慢慢到穩(wěn)態(tài)的過渡，其傳質效果達到最大化；從總體上來講，隨著

4、氣速的增加，各個截面湍動能分布的對稱性逐漸減弱。在分離空間湍動能最大值分布的區(qū)域，隨著氣速變化而逐漸消失，取而逐漸向排氣管底部附近聚合?？偟膩碚f，動壓均值在耦合空間不同截面上的增減幅度比靜壓和總壓均值明顯，且靜壓值與總壓值差異不大。在WSA耦合空間不同橫截面的動壓，在壓降突跳區(qū)表現(xiàn)出突然變大的現(xiàn)象。
　　5.通過各個壓降區(qū)域的穩(wěn)定數(shù)據(jù)線性回歸后，求出相鄰壓降區(qū)域之間的轉折點。射流霧化發(fā)生在WSA的壓降過渡區(qū)與高壓降區(qū)域，并隨著進口