双通道气流式喷嘴雾化特性实验研究

以清水和空气为实验介质,对同轴双通道气流式喷嘴雾化特性进行了实验研究,分析了喷淋量对雾化角及径向流通量分布的影响,分别考察了气速和喷嘴轴向位置对液滴索特平均直径(SMD)的影响。研究结果表明,喷嘴径向流通量分布随着雾化气量的升高而趋于集中,当气体流量高于1500 L/min时,雾化角随着气量升高而降低;喷口处气速与喷嘴轴向位置均是影响液滴SMD与粒径分布的重要因素,液滴SMD随着气速增大逐渐减小,当气速超过150 m/s时其下降趋势变缓,粒径分布均匀度显著提高;随着喷嘴轴向距离增大液滴SMD逐渐减小,当距离大于300 mm时其变化不再显著,但粒径分布均匀度显著提高。     

甲醇制丙烯反应器喷嘴雾化性能的研究

雾化喷嘴系甲醇制丙烯（MTP）反应器内的关键反应物料分配构件,其雾化性能的优劣直接影响着对应催化床层覆盖区域内的传质和传热,从而影响到床层出口反应产物的分布。以反应器六级床层对应的雾化喷嘴为研究对象,分别以氮气（N₂）和水（H₂O）作为气相和液相模拟介质,通过“冷模”实验,考察了喷嘴气（液）流量与入口压力之间的关系,研究了喷嘴在不同气液比（G/L）下雾化粒径、雾化角度及雾化覆盖直径的变化规律。实验结果表明,喷嘴液相质量流量随着入口压力增大而逐渐增加,气相质量流量随着入口压力增加而迅速增加;当保持液相进料量为43.54 kg/h时,喷嘴由一次雾化变为二次雾化后,雾化角度由96.1°降至15.6°;当气液质量比G/L达到12.19时,雾化覆盖直径达到720mm,且雾滴的索泰尔平均粒径为16.3μm。     

气泡雾化喷嘴泡状流出口喷雾脉动特征

采用实验和仿真方法,对一特定气泡雾化喷嘴泡状流时混合室内的气液两相混合形态以及喷孔出口喷雾脉动特征进行了研究。研究结果表明,泡状流时气泡尺寸呈近似正态分布,气泡尺寸随液相质量流量和气液质量比增大而减小;喷雾形态和喷孔出口气液流动参数存在较大脉动,喷雾锥角脉动超过20°;气泡数量密度小且气泡直径较大时,喷雾平均锥角相对较小,且喷雾脉动现象比较严重;随着气泡数量密度增加,喷雾平均锥角呈现先快速增大后缓慢增大趋势,而喷雾锥角变异系数先快速增大随后逐渐减小并趋于稳定;复杂的流场结构是喷孔内气泡表观形态发生较大变化以及喷孔出口气液流动参数产生较大脉动的主要原因。     

气泡雾化喷嘴泡状流出口喷雾脉动特征

采用实验和仿真方法,对一特定气泡雾化喷嘴泡状流时混合室内的气液两相混合形态以及喷孔出口喷雾脉动特征进行了研究。研究结果表明,泡状流时气泡尺寸呈近似正态分布,气泡尺寸随液相质量流量和气液质量比增大而减小;喷雾形态和喷孔出口气液流动参数存在较大脉动,喷雾锥角脉动超过20°;气泡数量密度小且气泡直径较大时,喷雾平均锥角相对较小,且喷雾脉动现象比较严重;随着气泡数量密度增加,喷雾平均锥角呈现先快速增大后缓慢增大趋势,而喷雾锥角变异系数先快速增大随后逐渐减小并趋于稳定;复杂的流场结构是喷孔内气泡表观形态发生较大变化以及喷孔出口气液流动参数产生较大脉动的主要原因。     

烟气脱硫旋流喷嘴雾化特性实验研究

石灰浆液雾化喷嘴是烟气脱硫系统的关键设备.对一种简式旋流石灰浆液雾化喷嘴的雾化特性进行了实验研究,分析了雾化压力、浆液浓度对雾化角、雾滴粒径分布的影响规律.实验表明:浓度增加,雾化角减小;而雾化压力对雾化角影响较小,雾化角在60°～70°之间;随着雾化压力的增大,雾化流量也增大;当雾化压力大于0.09 Mpa临界雾化压...     

同轴四通道喷嘴气流式雾化特性影响因素研究

提出一种新型同轴四通道喷嘴——由内到外采用气-液-气-液设置,最外环液体可以将合成气和氧气隔离,大幅降低喷嘴出口温度,可望延长气化炉中喷嘴使用寿命。为研究喷嘴雾化效果的影响因素,以水和空气为介质,利用马尔文激光粒度分析仪对同轴四通道喷嘴的气流式雾化液滴索特平均直径进行实验研究。发现对雾化效果影响程度从大到小依次为通道三、通道四、通道二和通道一;增大通道二、四液量分配比可以降低雾化粒径;增大外环液膜厚度会增大雾化粒径;通道一、三气量分配比对雾化颗粒的影响是非单调性的,雾化粒径先增大后减小。基于实验结果进行数值分析,拟合获得了同轴四通道喷嘴雾化液滴粒径关系式。     

压力式喷嘴雾化特性研究

用一操作简单的实验装置,以一定质量分数的甘油水溶液为工质,研究了压力式喷嘴雾化角、雾滴Sauter直径(SMD)与喷嘴孔径、雾化压力和粘度的关系。研究表明:雾化压力是雾化的有利因素,物料粘度是不利因素;实验条件下,压力式喷嘴雾化角随压力增大而减小,随喷嘴孔径增大而增大;在其他条件相同时,雾滴SMD随雾化压力增大而减小,随喷嘴孔径增大而增大,随物料粘度增大而增大。     

立体传质塔板CTST喷射特性的研究

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内,采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究,并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明:喷射孔气速是影响喷射锥角的关键因素,随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大,当喷射孔气速超过7.5 m?s-1时,喷射锥角趋于恒定,其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大,而液体流量增加时液膜速度略有减小,越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布,在喷射锥角为[20o,40o]区间内的液滴数量比较集中,随着气速和液体流量的增大,液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小,随液量的增加略有增大。正常工作范围内,液滴群平均粒径为1.0~2.5 mm。     

压力喷雾分散模型初探

本文分析了旋涡式压力喷嘴的雾化机理,研究了液膜的受力情况,提出了液膜以正弦波振动,当其发展速率达到最大时,液膜以半波长破裂成柱,然后在表面张力的作用下,收缩成球状液滴的假设和两段分散模型即,在本实验系统中,当 Re<10~5时,液膜破裂时间随压力升高而增大,所形成的液滴直径减小;当Re>10~5时,液膜破裂时间随压力升高而缩短,液滴直径增大。本文推导出了计算液滴直径的公式,其计算结果与实验数据比较吻合。     

螺旋喷嘴液滴分布特性的实验研究

以水为喷淋介质,研究了螺旋喷嘴的喷淋量与喷淋压力的关系,考察了雾化液滴的粒径分布特性。实验结果表明,随着喷淋压力的增大,喷淋量相应增大,并逐渐趋于平缓;螺旋喷嘴喷雾区喷淋量沿径向形成多个峰,随工作压力增大各峰沿径向外移,处在峰面上液滴的索特直径较峰面间的大;液滴平均粒径随压力升高而趋于均匀,且大喷嘴雾化形成的粒径比小喷嘴的略大。研究结果可为螺旋喷嘴的实际应用提供参考。     

水力喷射空气旋流器中射流雾化过程模拟及其机理

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种新型高效的气液传质反应设备。采用雷诺应力模型和VOF两相流模型较好地模拟了WSA的气相压降特性、液相回流比和射流雾化过程,并讨论分析了雾化过程的机理。模拟和实验研究表明,WSA的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区、压降过渡区和高压降区4个特征区域,并给出了不同压降区域之间转折点气速的计算方法。射流在这4个压降区域里,分别表现为稳态射流、变形与袋式破碎、袋式破碎与剪切雾化和剪切雾化与离心分离等流态。射流在压降过渡区与高压降区的转折点左右实现充分雾化并达到最大相间传质面积。研究结果为建立基于WSA压降特性的射流雾化与流场调控方法提供了理论依据。     

Experimental investigation and model improvement on the atomization performance of single-hole Y-jet nozzle with high liquid flow rate

Y-jet nozzle, as an efficient multi-hole internal-mixing twin-fluid atomizer, has been widely used for liquid fuel spray in many industrial processes. However, single-hole Y-jet nozzle with high liquid flow rate is indispensable in some confined situations due to a small spray cone angle. In this paper, the atomization performance of single-hole Y-jet nozzles with high liquid mass flow rates ranging from 400 to 1500 kg/h for practical semidry flue gas desulfurization processes was investigated by the laser particle size analyzer, and the effects of spray water pressure, atomizing air pressure and air to liquid mass flow ratio on the liquid mass flow rate and the droplet size distribution were analyzed. Moreover, the secondary atomization model was modified on the basis of previous random atomization model of Y-jet nozzle. The predicted results agreed well with the experimental ones, and the improved atomization model of Y-jet nozzle was well validated to design the nozzle geometry and to predict the droplet size distributions for single-hole Y-jet nozzle with high liquid mass flow rate.     

Numerical Simulation of the Two‐Phase Fluid Field in a Gas‐Around‐Liquid Spray Nozzle

A new gas‐around‐liquid spray nozzle (GLSN) was designed, and the two‐phase flow fluid field in this nozzle was simulated numerically. Flow characteristics under different structural parameters were obtained by changing the L/D ratio of the premixing chamber, incident angle, and inlet pressures. Increasing the L/D ratio and incident angle improved flow characteristics such as atomization flow, outlet velocity, and turbulence intensity. The nozzle performed optimally at an L/D ratio of 0.5 and incident angle of 60°. The atomization flow decreased with higher gas pressure and increased with higher liquid pressure. The outlet velocity mainly depended on the inlet gas pressure, not on the inlet liquid pressure. These results provide an indication for optimum structures and parameters of the GLSN.     

新型气液逆流撞击洗涤喷嘴的优化

针对一种新型气液逆流撞击式洗涤喷嘴,通过冷模实验,采用溶氧法考察了不同结构喷嘴的气液两相传质性能。结合解析率及流型变化,考察了喷嘴出口直径、切向进液口倾角、旋流室收敛段锥角、切向进液口直径、喷口长度5个参数对传质的影响,确定了优选喷嘴的结构尺寸,分析了该优选喷嘴在不同操作条件下(气速、表观液气比和轴切比)的传质效果。结果表明,优选喷嘴在轴切比为0.4~0.6且气速较高时传质效果较好。     

转炉一次除尘新OG系统高效喷淋塔喷嘴雾化特性的模拟

利用离散相模型对转炉一次除尘新OG系统高效喷淋塔内喷嘴的雾化特性进行模拟,分析了喷射角度、喷射压力、喷射流量及喷嘴水平间距等因素对雾化场索太尔平均直径(SMD)和蒸发效率的影响. 结果表明,在一定范围内随喷射角度增加,液滴在雾化场中的覆盖面增大,液滴驻留时间变长,蒸发效率增加,雾化场SMD减小,喷射角度大于60o时,SMD值减小缓慢. 随喷射压力增大,液滴蒸发效率增加,雾化场SMD减小,压力大于1.0 MPa时对SMD的影响较小. 随喷射流量增加,液滴蒸发效率减小,雾化场SMD增加,流量小于0.15 kg/s时,SMD增加幅度偏小. 两喷嘴水平间距越大,液滴分布面积越大,但对雾化场SMD影响较小. 在一定条件下,喷嘴间距约为800 mm时,截面速度分布较均匀.     

基于VOF-DPM的气体辅助式污泥雾化破碎的数值模拟

为实现污泥雾化破碎的数值模拟,探究污泥雾化特征和操作参数对污泥雾化效果的影响,在污泥雾化试验平台试验的基础上基于Fluent软件对污泥在气体辅助式雾化器的雾化破碎进行模拟研究,模拟结果确定了污泥的雾化特征和最优操作参数。通过耦合流体体积法(VOF)与离散相模型(DPM),对较大的液体团采用VOF方法直接求解,对小液滴采用双向耦合的离散相模型进行追踪,能最大程度地提高计算的准确性。结果表明,污泥的密度和黏度随着含水率升高逐渐降低,气体速度、气液比和雾化角度是影响污泥雾化破碎的最重要的三个操作参数。在雾化过程中,中心区域的雾滴密度大于边缘区域且有少量大颗粒的聚集。对于含水率为87%、密度为1.065×103 kg/m3的污泥,在风速为180 m/s,气液比为126.3,雾化角度为55°时雾化效果最佳,雾滴颗粒的平均粒径约为0.193 mm,试验结果与模拟结果的颗粒粒径吻合度较好,最大相对误差为5.80%。     

Spray Drying Tower Experiments

Abstract

The article presents a full set of spray drying experiments for selected products performed in a co-current spray drying tower developed at Lodz Technical University. The experiments enabled identification of process and atomization parameters (feed properties, feed rate and feed temperature, drying agent temperature, air flow rate, atomization ratio, etc.) on drying and degradation kinetics, spray structure, particle residence time, and final product properties. Drying agent temperature measurements showed, in all cases, the initial increase of gas temperature in the spray envelope caused by the spray expansion and then a decrease induced by liquid evaporation and heat losses to the environment. PDA analysis confirmed that the initial velocity of particles was a function of a diameter and also the function of the distance from the axis. Practically an identical particle size distribution was observed in each cross-sectional area of the dryer. Negative values of particle velocity in the vicinity of the axis and at the edge of the spray envelope were found which proved that recirculation of particles appeared in the column. Analysis of final product properties showed that for agglomerate-like materials a decrease of bulk density with an increase of air temperature was related to morphological changes that occurred during drying and affected the shape of particles, surface structure, etc. The experiments proved that air/liquid ratio for two-fluid atomization and gas temperature were the most decisive factors controlling drying and degradation process rate and final product properties.     

Influence of slug flow on flow fields in a gas–liquid cylindrical cyclone separator:A simulation study

A simulation method for slug flow based on the VOF multiphase flow model was implemented in ANSYS? Fluent via a user-defined function(UDF) and applied to the dissipation of liquid slugs in the inlet pipe of a gas–liquid cylindrical cyclone(GLCC) separator while varying the expanding diameter ratio and angle of inclination. The dissipation of liquid slug in inlet pipe is analyzed under different expanding diameter ratios and inclination angles.In the inlet pipe, it is found that increasing expanding diameter ratio and inclination angle can reduce the liquid slug stability and enhancing the effect of gravity, which is beneficial to slug flow dissipation. In the cylinder, increasing the expanding diameter ratio can significantly reduce the liquid carrying depth of the gas phase but result in a slightly increase of the gas content in the liquid phase space. Moreover, increasing the inclination angle results in a decrease in the carrying depth of liquid in the vapor phase, but enhances gas–liquid mixing and increases the gas-carrying depth in the liquid phase. Taking into consideration the dual effects of slug dissipation in the inlet pipe and carrying capacity of gas/liquid spaces in the cylinder, the optimal expanding diameter ratio and inclination angle values can be determined.     

流化床颗粒团聚物水分分布测量新技术

在流化床中团聚物主要以宏观团聚物、微小团聚物、自由颗粒3种形式存在,通过TEB雾化喷嘴制造流化床颗粒团聚物,其中宏观团聚物沉积在流化床的底部位置,微小团聚物和自由颗粒均匀分布在整个流化床中。研究发现本文自主研制开发的多通道电导电路实验装置测量所得电导信号与流化床内水分含量存在线性比例的关系,利用流化床的持续流化效应造成团聚物破裂引发电导信号回升,实现了颗粒团聚物水分分布状态的测量。利用该装置测量了TEB雾化喷嘴气液比在0～4%范围内变化时流化床内颗粒及团聚物的水分分布状态,结果表明随着气液比的增加,微小团聚物、自由颗粒所包含的水分有所增加,宏观团聚物所包含的水分有所减小,即使在气液比增加到4%时,大量的水分仍然被宏观团聚物所吸收。     

生物柴油雾化特性仿真模拟及实验研究

为了研究风量对地沟油生物柴油在旋流喷嘴中雾化特性的影响规律,本文采用Fluent数值模拟与实验相结合的方法,在供给不同一二次风量的条件下,对地沟油生物柴油进行雾化过程分析。结果表明,在等温等压条件下,控制进入燃油燃烧器的总气量为定值429L/min时,不同一二次风量对油束雾滴的索特平均直径（D₃₂）、雾滴速度、雾化锥角和雾化贯穿距有较大的影响。随着一次风量的增大,雾滴的破碎时间变短,D₃₂逐渐减小,速度逐渐增大;雾化贯穿距和雾化锥角呈现先增大后减小的趋势,一次风量50L/min时达到最大值;且湍动能与一次风量大小成正比关系。风量对D₃₂影响存在一定限度,当一次风量达到30L/min时,D₃₂基本趋于稳定。对不同粒径的雾化液滴数量统计分析,得到了生物柴油的不同粒径数量密度分布及拟合经验公式,颗粒直径主要集中在25～75μm之间。