海水循环冷却系统中的液滴碰撞过程研究

发布时间：2020-06-20 10:32

【摘要】：液滴碰撞作为一种常见的自然现象广泛存在于实际生活和工业生产中。海水液滴在对喷式海水无填料冷却塔内的碰撞过程,可能会使得液滴速度与粒径分布等发生改变,影响冷却塔内液滴的流动,进而影响冷却塔性能。通过对液滴碰撞过程的研究,可以为冷却塔的优化设计提供有益参考,具有重要的现实意义和实用价值。本文采用VOF方法及自适应网格技术对海水液滴在塔内的碰撞过程进行了数值模拟。首先数值计算了正十四烷液滴的对心和偏心碰撞过程,取得了与实验基本一致的变形过程和结果类型,验证了数值计算的准确性。接着对等尺寸二元海水液滴的对心和偏心碰撞过程开展了数值模拟,研究了不同韦伯数和碰撞参数下液滴的碰撞过程,获得了聚合、自反分离和拉伸分离三种碰撞结果类型,研究了各碰撞结果类型的形成过程及机理,并将计算结果进行统计,获得了液滴碰撞结果类型区域分布We-x图。最后开展了不同液滴直径以及海水浓度下的数值模拟,研究了液滴直径和海水浓度对液滴碰撞过程的影响规律。本文主要研究工作及结论如下:(1)等尺寸海水液滴对心碰撞在We:0.5~200,u_0:0.21m/s~4.22m/s,Re:89.56~1791.12,x=0,D_0=200μm,Oh=0.0079条件下,计算得到了聚合与自反分离两种碰撞结果类型,两者的临界We为23。(2)等尺寸海水液滴偏心碰撞在We:5~200,初始速度u_0:0.66m/s~4.22m/s,Re:283.20~1791.12,x:0.1~0.8,D_0=200μm,Oh=0.0079条件下,计算得到了聚合、自反分离和拉伸分离三种碰撞结果类型。液滴偏心碰撞的聚合和自反分离过程与对心碰撞时类似,但在液滴变形过程中伴随着旋转运动。(3)在海水液滴对心碰撞过程中,两个直径皆为20μm、200μm、2000μm的等尺寸液滴对心碰撞聚合与自反分离临界We分别为29、23、14,与Gotaas等的自反分离临界We预测模型计算结果30.88、19.88、16.41相近。对于等尺寸海水液滴的碰撞过程,We和x控制液滴的变形过程和结果类型,Oh则影响液滴结果区域分布。随着液滴直径增大,液滴碰撞Oh值减小,液滴聚合与自反分离的临界We减小,聚合区域明显减小。(4)等尺寸的二元淡水、海水以及浓缩两倍海水液滴,聚合与自反分离临界We分别为20、23、25,与Gotaas等的自反分离临界We预测模型计算结果19.62、19.88、20.07相近。随着海水浓度的增大,Oh逐渐增大。液滴聚合与自反分离的临界We增大,聚合区域逐渐扩大,分离区域向高We区域移动。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O35
【图文】：

示意图,无填料,冷却塔,示意图

在此过程中空气带走部分热量，降低水温，使工业用水得到循环利用，如图1.1所示。不同于一般的冷却塔，对喷式海水无填料冷却塔以海水为介质，既能缓解淡水资源稀缺的问题，又避免了工业含热废水直接排向海洋造成热污染。与一般的冷却塔相比，对喷式海水无填料冷却塔用高效低压雾化装置代替传统的填料，并采用与冷空气顺向喷雾的方式，在冷却过程中先顺流后逆流，大大增加了空气与热水的换热时间和接触面积。其运行费用低、使用寿命长，因此备受青睐，广泛应用于工业生产中。冷却塔运行过程中，海水液滴相互碰撞，可能会发生聚合、分离和破碎等现象，使得液滴速度与粒径分布等发生改变[2-4]，影响冷却塔内液滴的流动，进而影响冷却塔性能。综上所述，通过对液滴碰撞过程这一自然基础学科领域的研究，可以为冷却塔的优化设计提供有益参考，具有重要的现实意义和工业价值。

示意图,液滴,示意图,比值

液滴碰撞示意图

【参考文献】