湿空汽撞击流中液滴团聚规律研究
发布时间：2022-01-27 18:38
基于湿空汽撞击流中液滴运动理论,搭建实验平台模拟湿蒸汽射流撞击过程,实验结果表明:出口面液滴索特尔平均直径为入口处的3.1到6.1倍,小直径液滴在撞击流中会产生团聚效应。利用数值模拟研究撞击流中液滴团聚机制,数值结果与实验结果误差最大在20%。数值计算结果表明:湍流效应、液滴数量密度和液滴停留时间是影响液滴团聚效应的3个重要因素;随着气流入射角和蒸汽湿度的增加,液滴团聚效应显著增强;针对本文所用撞击装置,当入口流速在2.0m/s～2.5m/s左右时,液滴团聚效应最强。
【文章来源】：汽轮机技术. 2019,61(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
实验系统示意图1—金属软管;2—可视段;3—粗不锈钢管;4—雾化喷嘴;5—细不锈钢管;
，然后分为两路并经过两路对称安装的管路5、3、2、1及完全相同的雾化喷嘴4将雾化后的小液滴相向地输送到试验段，完成撞击过程，最后由试验段的顶部出口排出。在试验段入口之前的一段气路中，为了得到试验段入口前液滴平均直径、气液混合物湿度等初始信息，在管路中设置一段方管，并将方管前后两面切割并镶置玻璃，得到可视段2并在此观测，具体结构如图3所示。图3试验段入口前可视段试验段的结构与传统两相对撞试验所用装置结构类似，两个大小相同的入口，相对分布在装置的左右两侧，如图4所示，详细尺寸见图5。该试验段由不锈钢制成，为长方体状的腔体，只有一个出口位于试验段的顶端，并且在前后两面装了透明玻璃以便于观察装置内的流动以及使用马尔文仪记录装置内液滴平均直径的分布。为了方便改变气流对撞的角度，将长度为100mm的不锈钢管的一边切割成对应入口汽流β角0°、30°、45°、60°的角度，并在切割面平行焊接不锈钢板，试验时通过螺钉与试验段连接，另一边通过对丝接头与金属软管1相连，在试验时会对金属软管1采用带有角度刻度的支架进行固定。图4试验段实物图图5撞击装置物理模型示意图将装置的两入口中间面位置定义为撞击面，并将撞击面附近气流对撞的立体空间区域定义为撞击区。基于该实验平台，对湿蒸汽撞击流中液滴团聚的可能性进行研究，研究工况如下:入口液滴相对湿度为20%，马尔文仪(马尔文粒度仪为2600系列，测量范围0．5μm～1800μm，重复性±0．3%，精度±3%)测得试验段入口液滴SMD为2．95μm。控制入口气流角β分别为0°、30°、45°和60°。针对每一组角度，测量入口速度为2．0m/s
工况下，液滴经过液滴撞击团聚实验装置后，出口处液滴SMD值均较入口值增加，最大为入口面的6．1倍，最小为3．1倍，实验表明液滴在撞击流中有显著的团聚效应，液滴平均直径大幅增加。图6不同工况出口液滴SMD值2数值模拟与验证为进一步探索撞击中液滴团聚机制，本文将自编程序与FLUENT相耦合，并采用欧拉－拉格朗日模型模拟湿蒸汽撞击两相流。2．1液滴碰撞模型液滴间发生碰撞概率的推导可模仿分子动力学中分子碰撞概率的计算［12］，假定直径为di的大直径液滴i处于静止状态，直径为dj的小直径液滴j与液滴i的相对速率为ui－uj，则在时间Δt内，位于以直径取di+dj的圆为底、以ui－ujΔt为高的圆柱体内的液滴j均会与液滴i发生碰撞，如图7所示。图7液滴碰撞过程示意图现考虑以液滴i为中心，Ｒi为半径的球空间，假定液滴j均匀弥散于该空间内，液滴j与液滴i发生碰撞的概率为上述圆柱体体积与球空间的商。对球空间内所有液滴j求和，便可得到液滴i与其它液滴发生碰撞的概率为［13］:Pi=∑j∈Ｒi(i≠j)π(ri+rj)2ui－ujnjΔt43πＲi3(1)式中，ri、rj、ui、uj为液滴i与液滴j的半径和速度;π(ri+rj)2为液滴有效碰撞面积;ui－uj为两液滴相对速率;Δt为计算时间步长;nj为计算液滴所代表的真实液滴的个数。搜索半径计算如下［13］:Ｒi=uiΔt(2)该式表示，只有在液滴i于Δt时间内能到的范围内的其它液滴才能成为潜在的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]核电汽轮机弯管式汽水分离器的改进结构及其除湿性能[J]. 程鹏,王新军,张峰,苏云龙,宋钊,谢金伟. 西安交通大学学报. 2014(05)
[2]撞击流性质及其应用[J]. 伍沅. 化工进展. 2001(11)
[3]循环撞击流干燥设备和过程研究[J]. 黄凯,刘华彥,伍沅. 高校化学工程学报. 2000(06)
[4]撞击流及其在干燥中的应用[J]. 伍沅,杨阿三,程榕,孙勤,刘华彦. 化学工程. 1998(04)
[5]核电汽轮机弯管式汽水分离器的去湿特性数值分析[J]. 任水强,俞茂铮,张乃成. 汽轮机技术. 1996(01)
博士论文
[1]多液滴运动和碰撞模型研究[D]. 张璜.清华大学 2015
[2]汽轮机排汽湿度微波谐振腔测量技术的研究[D]. 韩中合.华北电力大学（河北） 2006
本文编号：3612891
【文章来源】：汽轮机技术. 2019,61(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
实验系统示意图1—金属软管;2—可视段;3—粗不锈钢管;4—雾化喷嘴;5—细不锈钢管;
，然后分为两路并经过两路对称安装的管路5、3、2、1及完全相同的雾化喷嘴4将雾化后的小液滴相向地输送到试验段，完成撞击过程，最后由试验段的顶部出口排出。在试验段入口之前的一段气路中，为了得到试验段入口前液滴平均直径、气液混合物湿度等初始信息，在管路中设置一段方管，并将方管前后两面切割并镶置玻璃，得到可视段2并在此观测，具体结构如图3所示。图3试验段入口前可视段试验段的结构与传统两相对撞试验所用装置结构类似，两个大小相同的入口，相对分布在装置的左右两侧，如图4所示，详细尺寸见图5。该试验段由不锈钢制成，为长方体状的腔体，只有一个出口位于试验段的顶端，并且在前后两面装了透明玻璃以便于观察装置内的流动以及使用马尔文仪记录装置内液滴平均直径的分布。为了方便改变气流对撞的角度，将长度为100mm的不锈钢管的一边切割成对应入口汽流β角0°、30°、45°、60°的角度，并在切割面平行焊接不锈钢板，试验时通过螺钉与试验段连接，另一边通过对丝接头与金属软管1相连，在试验时会对金属软管1采用带有角度刻度的支架进行固定。图4试验段实物图图5撞击装置物理模型示意图将装置的两入口中间面位置定义为撞击面，并将撞击面附近气流对撞的立体空间区域定义为撞击区。基于该实验平台，对湿蒸汽撞击流中液滴团聚的可能性进行研究，研究工况如下:入口液滴相对湿度为20%，马尔文仪(马尔文粒度仪为2600系列，测量范围0．5μm～1800μm，重复性±0．3%，精度±3%)测得试验段入口液滴SMD为2．95μm。控制入口气流角β分别为0°、30°、45°和60°。针对每一组角度，测量入口速度为2．0m/s
工况下，液滴经过液滴撞击团聚实验装置后，出口处液滴SMD值均较入口值增加，最大为入口面的6．1倍，最小为3．1倍，实验表明液滴在撞击流中有显著的团聚效应，液滴平均直径大幅增加。图6不同工况出口液滴SMD值2数值模拟与验证为进一步探索撞击中液滴团聚机制，本文将自编程序与FLUENT相耦合，并采用欧拉－拉格朗日模型模拟湿蒸汽撞击两相流。2．1液滴碰撞模型液滴间发生碰撞概率的推导可模仿分子动力学中分子碰撞概率的计算［12］，假定直径为di的大直径液滴i处于静止状态，直径为dj的小直径液滴j与液滴i的相对速率为ui－uj，则在时间Δt内，位于以直径取di+dj的圆为底、以ui－ujΔt为高的圆柱体内的液滴j均会与液滴i发生碰撞，如图7所示。图7液滴碰撞过程示意图现考虑以液滴i为中心，Ｒi为半径的球空间，假定液滴j均匀弥散于该空间内，液滴j与液滴i发生碰撞的概率为上述圆柱体体积与球空间的商。对球空间内所有液滴j求和，便可得到液滴i与其它液滴发生碰撞的概率为［13］:Pi=∑j∈Ｒi(i≠j)π(ri+rj)2ui－ujnjΔt43πＲi3(1)式中，ri、rj、ui、uj为液滴i与液滴j的半径和速度;π(ri+rj)2为液滴有效碰撞面积;ui－uj为两液滴相对速率;Δt为计算时间步长;nj为计算液滴所代表的真实液滴的个数。搜索半径计算如下［13］:Ｒi=uiΔt(2)该式表示，只有在液滴i于Δt时间内能到的范围内的其它液滴才能成为潜在的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]核电汽轮机弯管式汽水分离器的改进结构及其除湿性能[J]. 程鹏,王新军,张峰,苏云龙,宋钊,谢金伟. 西安交通大学学报. 2014(05)
[2]撞击流性质及其应用[J]. 伍沅. 化工进展. 2001(11)
[3]循环撞击流干燥设备和过程研究[J]. 黄凯,刘华彥,伍沅. 高校化学工程学报. 2000(06)
[4]撞击流及其在干燥中的应用[J]. 伍沅,杨阿三,程榕,孙勤,刘华彦. 化学工程. 1998(04)
[5]核电汽轮机弯管式汽水分离器的去湿特性数值分析[J]. 任水强,俞茂铮,张乃成. 汽轮机技术. 1996(01)
博士论文
[1]多液滴运动和碰撞模型研究[D]. 张璜.清华大学 2015
[2]汽轮机排汽湿度微波谐振腔测量技术的研究[D]. 韩中合.华北电力大学（河北） 2006
本文编号：3612891
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