喷雾汽化器汽化效率优化的数值研究

发布时间：2021-03-17 04:29

　　为进行喷雾汽化器内多相流动和汽化效率的优化研究,基于计算流体力学（CFD）方法,对高沸点的碳酸乙烯酯（EC）液体在富氢气体中的混合和汽化过程进行了三维数值模拟。结果显示,汽化器内按流型可分为回流过渡区和管流区,其轴向分界点可通过计算气相介质中径向温差或喷雾介质径向浓差随轴向距离变化率的最大值求得;通过优化管流区结构可增大汽化效率,同时减小汽化器高度。当气体初始温度为220℃时,回流过渡区占整个汽化容积的40%,其中的EC汽化量占汽化器总汽化量的83%,回流过渡区单位汽化容积的汽化效率约为管流区相应效率的7.3倍。对占汽化器有效容积60%的管流区进行结构优化后,显著增大了汽化效率,可因此缩减汽化器高度约22%。 

【文章来源】：天然气化工（C1化学与化工）. 2020,45(05)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

汽化器物理模型

因汽化器的结构具有轴对称性，以整体结构的1/4体积进行建模。将气体进口分布器简化为一块挡板，为了防止气体携带液滴颗粒直接离开汽化器，在气体出口上方100 mm处增加一块挡板，进出口挡板直径为300 mm。建立六面体网格，在气体分布器、喷嘴及出口区域等梯度变化较大处进行网格加密，计算模型如图2所示，以进口挡板中心为原点。气体进口为Mass-Flow-Inlet，气体出口为PressureOutlet，入口分布器和出口挡板为Wall；气体进出口的DPM颗粒边界为Escape，气体分布器和出口挡板的DPM颗粒边界为Reflect，其他Wall边界的DPM颗粒边界为Trap；操作压力为3 MPa，重力与z轴负方向一致。喷嘴类型为Solid-Cone，雾化角为80°。求解时，先进行连续相计算，待收敛后再加入离散相液滴进行两相耦合计算。

进口气体初始温度T0=220℃时，不同轴向位置的气相速度分布如图3，可知喷嘴近端的z=-500 mm和接近出口的z=-3000 mm处，两个精度的网格结果具有良好的一致性。图4为EC喷雾液滴的汽化时间，可知在两个网格精度下，粒径变化与汽化时间吻合良好，因此，采用网格1即可达到网格无关性要求。后续研究均采用网格1进行计算。图4 EC喷雾液滴汽化时间

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3086790