有限截面通道内喷雾顺流掺混动力学特征的实验研究

设计搭建了有限截面通道顺流喷雾掺混实验台,在横截面为70 mm×70 mm的透明方形掺混段内,将室温水经喷嘴雾化后顺流掺入不同流速的室温空气。实验中,喷水压力为0.1～1.5 MPa,风速为14.6～46.2 m?s^-1。分别采用高速摄影和马尔文粒度仪对该雾羽的速度场和初始粒径等动力学特征开展了实验研究。结果指出：掺混雾羽的径向速度及喷射轴线附近的轴向速度主要受制于喷水压力;而雾羽两翼处的轴向速度主要受风速影响。定义轴向平均速度为雾羽轴向特征速度,该平均速度随喷水压力或喷射距离的增大而增大;在喷水压力小时,风速的增大可使轴向平均速度随喷射距离增大的速率提高;在喷水压力高时则反之。掺混雾羽的初始粒径随喷水压力的减小或喷嘴出口处气液相对速度的增大而减小。最后,根据实验结果拟合了轴向平均速度和初始粒径的实验关联式,其计算值与实验值吻合良好。     

高温高压喷雾闪蒸的蒸发特性

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台,以水为工质,研究初始条件和运行条件对闪蒸蒸发特性的影响。首次将液体初始温度提高至100℃以上,将闪蒸罐运行压力保持为正压,并使用具有独特双S形叶片的涡旋实心锥喷嘴,将液体向上或向下喷入闪蒸罐。实验过程中液体初始温度为135～150℃,闪蒸压力分别为121、126、131、136、141、146 kPa,液体过热度为30～46℃。实验结果表明,闪蒸蒸汽流量随初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小。液体向下喷射比向上喷射产汽量更高,蒸汽带水更少。闪蒸效率随过热度呈线性增长,在大量实验数据基础上拟合出二者之间的经验公式。实验结果为高温高压喷雾闪蒸的工业应用提供借鉴。     

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。     

高温高压喷雾闪蒸的蒸发特性

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台,以水为工质,研究初始条件和运行条件对闪蒸蒸发特性的影响。首次将液体初始温度提高至100℃以上,将闪蒸罐运行压力保持为正压,并使用具有独特双S形叶片的涡旋实心锥喷嘴,将液体向上或向下喷入闪蒸罐。实验过程中液体初始温度为135~150℃,闪蒸压力分别为121、126、131、136、141、146 k Pa,液体过热度为30~46℃。实验结果表明,闪蒸蒸汽流量随初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小。液体向下喷射比向上喷射产汽量更高,蒸汽带水更少。闪蒸效率随过热度呈线性增长,在大量实验数据基础上拟合出二者之间的经验公式。实验结果为高温高压喷雾闪蒸的工业应用提供借鉴。     

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.     

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。     

撞击速度对连续液滴撞击热圆柱壁面局部传热特性影响的实验

借助高速摄像机捕获连续液滴撞击热圆柱壁面后的动力学行为,通过直接测试与数值计算方法相结合,获得了不同撞击速度下沿周向和轴向的局部对流传热特性。结果表明,当液滴撞击速度较小,液膜未发生飞溅时,由于圆柱面的各向异性,沿轴向的对流传热系数单调减小,而沿周向,对流传热系数先减小后略有增大;根据对流传热系数沿周向的变化,将圆周划分为撞击区域、热扩散区域和尾部脱离区域;增大液滴撞击速度主要提高撞击区域和热扩散区域的对流传热系数,而对尾部脱离区域对流传热系数的影响并不明显。当液滴撞击速度超过某一临界值(在本文的实验条件下约为1.53 m/s)时,液膜发生飞溅,此时继续增大撞击速度,壁温的降低不再明显。     

风场条件下LPG瞬时泄漏扩散的数值模拟

液化石油气（LPG）是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品,由丙烷、丙烯、丁烷和丁烯等易燃易爆气体组成,一旦发生瞬时泄漏,后果十分严重。基于计算流体力学（CFD）理论,采用商业软件Fluent模拟LPG瞬时泄漏扩散,对泄漏产生的两相云团在风场下的扩散及其特性开展研究。模拟计算在欧拉 拉格朗日体系下进行,分别对气液相采用欧拉和拉格朗日法计算,并从宏观云团和微观液滴两个角度分析了风速对云团演化的影响。模拟结果表明,云团先膨胀成球体随后在风力作用下成为沿水平方向拉长的椭球体,云团运动速度随风速增大而加快,而浓度随风速增大而快速减小。云团扩散时最低温度变化先快速减小,在最低值附近保持小段时间,最后逐步恢复到环境温度。过热液滴释放后速度迅速下降,然后随风运动,最终速度与风速一致。液滴在风场下加速蒸发,风速越大,液滴群平均直径下降得也越快。该研究结果可为泄漏事故的后果和风险评估的提供一定的参考。     

NaCl溶液静态闪蒸的蒸发特性

对不同初始条件下NaCl溶液静态闪蒸过程中蒸发质量的变化规律进行了实验研究,实验过程中溶液初始质量分数为5%～26%,初温为74～104℃,初始液位高度为0.1～0.3 m,过热度为0.79～42 K。结果表明:在以ΔT_s为过程参量时,溶液闪蒸蒸发质量随NaCl初始质量分数的增加明显下降;以ΔT为过程参量时,相同初始液位高度,不同初始质量分数NaCl溶液闪蒸蒸发质量相差较小;增加初始液位高度虽可增加总蒸发质量,但使单位质量溶液闪蒸蒸发质量下降;闪蒸蒸发质量随过热度增大而呈近似线性增加。综合分析静态闪蒸过程中主要过程参量对蒸发质量的影响,在实验基础上,提出蒸发质量的量纲1关联式。     

多喷嘴脱硫废水烟道蒸发特性模拟分析

火力发电厂湿法脱硫产生的脱硫废水处理难度大,脱硫废水烟道蒸发技术能够有效降低脱硫废水排放量,甚至实现脱硫废水零排放,进而降低电厂运行成本。为研究多喷嘴脱硫废水雾化液滴在锅炉尾部烟道中的蒸发规律,建立了脱硫废水雾化液滴在烟气内的传热传质模型。以某330 MW锅炉尾部烟道为研究对象,利用Ansys Fluent模拟研究了不同喷嘴数量时,烟气和雾化液滴性质对废水运动蒸发过程的影响。结果表明,当脱硫废水流量一定时,随喷嘴数量增多,单个喷嘴废水流量逐渐减少,使废水液滴在烟道内的分布更均匀,喷嘴上方的低温区域面积沿流动方向逐渐增大,平均温度和最低温度升高。在不同烟气和液滴性质条件下,随喷嘴数量增多,液滴的蒸发速度均增大,蒸发时间和运动距离缩短,但降幅逐渐变小,且液滴蒸发距离与蒸发时间正相关。此外,液滴运动速度几乎不受喷嘴数量变化的影响,液滴运动速度主要受烟气速度的影响。不同喷嘴数量时,随烟气温度升高、烟气含水量降低、液滴粒径减少、液滴初始速度初始温度增加,废水液滴的蒸发时间降低,蒸发距离缩短;烟气流速的增加降低了蒸发时间,单喷嘴时,蒸发距离先减小后增大,当烟气流速为10 m/s时,蒸发距离最短为9...     

敏感参数对喷雾闪蒸特性的影响

研究敏感参数对喷雾闪蒸的影响,优化实验参数,提高闪蒸效率。基于DPM离散模型、液滴破碎模型及液滴与气体之间的传热传质模型,对闪蒸室内液滴雾化闪蒸进行仿真模拟,分析不同参数对不平衡分数(NEF)、不平衡温差(NETD)和闪蒸效率等的影响。结果表明,随着液滴初始温度增加,液滴的NEF和NETD均减小,闪蒸效率则相反。液滴的NEF和NETD随着闪蒸环境压力提升而先减小后增大,闪蒸效率随着闪蒸压力的提升则不断下降。液滴的NEF和NETD随着喷嘴孔径的增大而增大,闪蒸效率则相反。液体初始温度为150℃,闪蒸环境压力为60 kPa,喷嘴直径为3 mm为最优参数。     

水平管降膜蒸发器传热系数空间分布

为了得到水平管降膜蒸发器传热系数,建立了水平管降膜蒸发传热实验台。通过对实验结果的归纳,分析了水平管降膜蒸发器总传热系数随顶排管喷淋密度、蒸发温度的变化规律,并给出了总传热系数在水平管降膜蒸发器内部空间的分布。结果表明,总传热系数随喷淋密度、蒸发温度的增大而增大。在空间分布上,传热系数沿管长方向受凝结过程的影响前5 m先增大,后3 m逐渐减小;在垂直方向由上向下逐渐减小。另外传热系数随管排数的增加而降低,并且当喷淋密度较小时,总传热系数下降的趋势更明显。     

Jakob数在高温高压闪蒸过程中的作用及影响

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台进行变工况实验,选取量纲1的Jakob数（Ja）,即相变过程可用显热与蒸发潜热之比作为闪蒸过程的特征数,研究不同实验条件下闪蒸效率随Ja的变化规律。发现Ja越大,闪蒸效率越高,闪蒸越剧烈。闪蒸效率随液体初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小,这两种现象均与Ja的物理意义密切相关。闪蒸效率和Ja均是过热度的增函数。在过热度相同的前提下,较高的初始温度和闪蒸压力的组合更有利于闪蒸。综合实验数据提出闪蒸效率与Ja之间的经验公式。实验结果在高温高压闪蒸领域有较强通用性,可为其在工业上的应用提供参考。     

Jakob数在高温高压闪蒸过程中的作用及影响

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台进行变工况实验,选取量纲1的Jakob数(Ja),即相变过程可用显热与蒸发潜热之比作为闪蒸过程的特征数,研究不同实验条件下闪蒸效率随Ja的变化规律。发现Ja越大,闪蒸效率越高,闪蒸越剧烈。闪蒸效率随液体初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小,这两种现象均与Ja的物理意义密切相关。闪蒸效率和Ja均是过热度的增函数。在过热度相同的前提下,较高的初始温度和闪蒸压力的组合更有利于闪蒸。综合实验数据提出闪蒸效率与Ja之间的经验公式。实验结果在高温高压闪蒸领域有较强通用性,可为其在工业上的应用提供参考。     

圆形自由射流冲击曲面的换热特性

采用直接表面温度测量的方法对水喷射高温曲面的传热过程进行实验研究.通过实验得到了驻点区及附壁射流区的对流传热系数的分布情况,并且系统地研究了射流出口速度、喷嘴至加热面的间距等参数对对流传热系数的影响.结果表明,圆形射流冲击曲面的局部传热系数沿传热面随X/D的增大而逐渐减小,驻点处的传热系数最大并且随射流速度的增大而增大,但是当射流速度增大到一定值时,驻点的对流传热系数的增大比较缓慢.在射流速度较低的情况下,喷距对局部传热系数的影响较为显著.     

单液滴蒸发影响因素实验研究

设计了液滴蒸发实验装置,利用高速摄像系统记录高温气流中液滴蒸发过程,并根据实验的数据总结出液滴蒸发规律。在蒸发过程中,液滴蒸发首先经历一个非稳态初始加热阶段,然后液滴蒸发进入一个相对稳定的蒸发阶段,其直径变化基本遵循D2定律。气流温度越高,气流速度越大,液滴蒸发时间越短,液滴蒸发速度越快,但是气流速度对蒸发影响很小。随着液滴初始直径的增大,内部环流加强,液滴后部的尾涡加大,传质阻力减小,液滴的蒸发常数变大。     

蛇形换热管内超临界甲烷传热特性研究

使用甲烷代替液化天然气(LNG),对超临界LNG在单根蛇形管内的流动与传热特性进行了数值模拟,分析了流体物性、进口速度、压力及壁温对超临界流体传热特性的影响。结果表明,表面传热系数的总体变化趋势与定压比热容随温度压力的变化类似,表面传热系数沿管程先增大后减小;而在远大于拟临界温度的区域,除弯管处由于二次流出现突变外,表面传热系数渐趋稳定。壁温、入口速度及压力都会对表面传热系数的峰值位置和大小产生影响。增大压力可以改善超临界区域传热恶化现象;进口速度对传热影响较大,随着进口速度增大,表面传热系数显著增加。     

混合除湿盐溶液液滴闪蒸机理

除湿溶液再生是维持除湿过程持续进行的必备条件,其效率直接影响整个系统的性能。借鉴水滴闪蒸理论,分析了液滴闪蒸过程大小、质量以及温度变化,初步实验测试了影响闪蒸效率的因素,结果表明:压力是影响闪蒸效率的核心因素,及时去除蒸发水分才能保证闪蒸的持续进行;溶液浓度配比与闪蒸效率关联性较强;液滴初始温度对闪蒸效率影响相对较小;温度的实验测试值总体大于理论计算值,使用水滴闪蒸理论模型需进行物性修正。     

单向温度梯度下异质液滴的热毛细迁移

石蜡油与去离子水按多种比例混合形成异质液滴,放置在金属基板表面,在外加不均匀温度场作用下进行热毛细迁移,采用高速摄像机记录温度梯度驱动液滴从高温区迁移至低温区过程中液滴的形态,建立了理论模型. 结果表明,异质液滴的接触角随温度升高而减小,润湿性增强;异质液滴的迁移速度随粘度增加而减小,随温度梯度增加而增加,不同粘度下的速度差随温度梯度增大而增大,迁移速度随时间增加迅速降低,后缓慢减小到趋于0. 推导了迁移速度与Marangoni数Ma的关系式并进行了实验验证,迁移速度随Ma增加而显著增加,Ma越大,实验结果与模拟结果的匹配程度越高.     

正庚烷对甲醇液滴蒸发特性的影响

燃用甲醇可使柴油机实现高效清洁燃烧,燃料的蒸发特性对燃料的混合、着火、燃烧过程影响显著。甲醇十六烷值较低,着火困难,添加正庚烷可提高甲醇燃料的十六烷值。搭建了液滴蒸发试验装置,采用单液滴挂滴测量方法,使用高速摄像机拍摄液滴蒸发图像,基于图像处理技术研究了正庚烷-甲醇液滴的蒸发过程。分析不同正庚烷掺混体积比(0、5%、10%、15%)和环境温度(100～500℃)对液滴蒸发特性的影响。结果表明,正庚烷-甲醇燃料液滴的蒸发特性遵循D²定律,即液滴直径D与液滴初始直径D₀比值的平方(D/D₀)²与蒸发时间呈线性关系。液滴相对面积随时间变化近似为一条斜率为负的直线。掺混体积比一定时,液滴蒸发速率随温度增加而增加。当温度从100℃增至500℃后,正庚烷掺混体积比0、5%、10%和15%的液滴单位面积蒸发速率分别增加了543%、639%、896%、556%。温度一定时,不同正庚烷添加剂掺混体积比的甲醇液滴蒸发的变化趋势基本相同。与纯甲醇相比,除200、300℃外,掺混体积比5%的正庚烷使液滴蒸发时间延长。100...