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。     

水力喷射空气旋流器喷孔分布优化

为了进一步提高水力喷射空气旋流器(WSA)的传质性能,采用理论分析与实验相结合的方法,对其喷孔分布进行了优化研究。提出了基于同层相邻喷孔液相射流边界层相交于中心排气管表面的临界孔间距l_c的概念及其计算方法,实验考察了喷孔排列方式和喷孔间距对WSA脱氨传质效果的影响。研究表明,在传质性能上,WSA的射流喷孔按正方形排列优于三角形排列;喷孔间距对脱氨传质效率有明显影响,存在一个较优取值,其值约等于1.28l_c;从上往下到中心排气管出口处计算,侧壁开孔区长度应该占中心排气管长度的78%。研究结果为设计具有良好传质性能的WSA提供了依据。     

喷射环流膜生物反应器水力特性的研究

通过清水试验,确定了喷射环流膜生物反应器的最大吸气量,探讨吸气量、循环水量等因素对气含率、液相循环速度的影响,测定膜组件加入前后的气含率、液相循环速度大小,并与已有的生化反应器进行了比较.结果表明,装置的最大吸气量可达到0.67 m~3·h~(-1)吸气量是影响气含率的主要因素,并且随着吸气量的增加,气含率也随着增加;循环水量是影响液相循环速度的主要因素,随着循环水量的升高循环液速升高;膜组件的加入对气舍率、液相循环速度的影响非常小,与已有的生化反应器比较,JLMBR在水力特性方面具有明显的优势.所得结果可以为该类反应器的放大设计提供借鉴.     

水力喷射空气旋流器中射流流型及其对传质面积和气相压降的影响

为了进一步提高水力喷射空气旋流器(WSA)的传质效率以及认识射旋流体系的气液传质机理,对WSA中的射流流型进行了系统的观察研究,绘制出了不同进口气速下射流流型图。以CO2-NaOH化学吸收体系测定了相应射流流型下的有效比相界面积a。结果表明,在低射流流速(≤4.42 m·s-1)下,液相射流随着进口气速增大,主要存在稳态射流、变形旋线射流、破碎旋线射流、雾化旋线射流、贴壁雾化旋线射流5种流型;在高射流流速(≥6.19 m·s-1)下,射流主要出现稳态射流、破碎旋线射流以及雾化旋线射流3种流型。a值与流型有关,雾化旋线射流下的a值大于其他流型下的对应值。低流速下的贴壁雾化,不利于气液两相充分接触,对应a值较小。a值与射流流速有一定关系,随着射流速度的增大而略有增大,且随着射流流速增大至8.84 m·s-1以上,增大的幅度变大。     

水力喷射空气旋流器中射流流型及其对传质面积和气相压降的影响

为了进一步提高水力喷射空气旋流器（WSA）的传质效率以及认识射旋流体系的气液传质机理,对WSA中的射流流型进行了系统的观察研究,绘制出了不同进口气速下射流流型图。以CO₂-NaOH化学吸收体系测定了相应射流流型下的有效比相界面积a。结果表明,在低射流流速（≤4.42 m·s^-1）下,液相射流随着进口气速增大,主要存在稳态射流、变形旋线射流、破碎旋线射流、雾化旋线射流、贴壁雾化旋线射流5种流型;在高射流流速（≥6.19 m·s^-1）下,射流主要出现稳态射流、破碎旋线射流以及雾化旋线射流3种流型。a值与流型有关,雾化旋线射流下的a值大于其他流型下的对应值。低流速下的贴壁雾化,不利于气液两相充分接触,对应a值较小。a值与射流流速有一定关系,随着射流速度的增大而略有增大,且随着射流流速增大至8.84 m·s^-1以上,增大的幅度变大。     

液液水力旋流器流场特性与分离特性研究（五）—压降比的影响因素分析

对液液水力旋流器的降比影响因素进行了简单的分析，分别研究了液液水力旋流器大，小锥角变化对其压降比的影响，并对其影响程度进行了细致的分析。     

用于细颗粒分离的水力旋流器的压力特性研究

对用于细颗粒分离的水力旋流器的压力特性 (压力降及压降比 )与流量、分流比、旋数、溢流口和底流口直径及气液比等主要参数之间的关系进行了深入的研究与分析。研究发现 ,水力旋流器内部压力降分别随流量、分流比、旋数及气液比的提高而加大 ,压降比则分别随流量、分流比、旋数的提高而降低。随着溢流口直径的加大 ,水力旋流器的溢流压力降减小 ,而压降比也随之降低 ;随着底流口直径的加大 ,底流压力降减小 ,压降比随之升高。分析可知 ,减少旋流器能耗的有效方法是降低旋数 ,或者减少混合介质中的气液比     

除油旋流器压降比的数学模型

实验研究了直径为 35mm的除油水力旋流器能量耗散与分流比的关系 .结果发现 ,当改变溢流孔径 (分别为 4、 6、 8mm)和入口流量 (分别为 30、 40、 5 0、 6 0、 70L·min^-1)时 ,只要分流比小于 2 5 % ,旋流器的能量耗散在不同入口流量下都能保持与入口流量对应的某一常数值 .当入口流量分别为 30、 40、 5 0、 6 0、 70L·min^-1时 ,旋流器的能量耗散大约分别为 10、 30、 80、 140、 2 0 5N·m·s^-1.根据旋流器的这一特征 ,并结合理论分析 ,建立了除油水力旋流器压降比数学模型 .该模型预测计算的压降比与分流比关系曲线与实验室测定的结果能很好地吻合     

除油型旋流器压降比特性试验研究

在室内试验装置上对单锥除油型水力旋流器的压降比特性进行了试验研究。研究结果表明 ,除油型旋流器压降比的主要影响因素有分流比、入口流量和溢流背压等操作参数 ;溢流背压对压降比的影响存在一“门槛值”。根据试验结果 ,建立了除油型水力旋流器压降比的半经验计算模型     

液液水力旋流器流场特性与分离特性研究(五)──压降比的影响因素分析

对液液水力旋流器的压降比影响因素进行了简单的分析,分别研究了液液水力旋流器大、小锥角变化对其压降比的影响,并对其影响程度进行了细致的分析。     

水力喷射-空气旋流器中气液传质特性及其机理

对一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)的传质机理进行了研究。分别采用化学吸收法(CO₂-空气-NaOH体系)和物理吸收法(CO₂-空气-H₂O体系)测定了不同进口气速、不同液体喷射速度下的有效相界面积a和液膜传质系数k_L,并由此得到体积传质系数k_La。结果表明,由于WSA中气液间的强交互作用,a、k_L以及k_La均随进口气速和液体喷射速度增大而增大。采用量纲分析法对实验数据进行了归纳,拟合出了a、k_L和k_La随气相Reynolds数Re_g、液相Weber数We_L之间的经验公式:a=0.0024Re_g^1.25We_L^0.079,Sh_L=35.31Re_g^0.2303We_L^0.13,k_La=6.52×10^-8Re_g^1.48We_L^0.21,这些关联式能较好地预测WSA的传质性能。研究还表明,在WSA中的气液射-旋流传质体系中,传质过程符合双膜理论、表面更新理论和溶质渗透理论,但以表面更新机理为主。     

水力喷射-空气旋流器用于湿法烟气脱硫及其传质机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,以Ca(OH)₂料浆为吸收剂进行了模拟烟气湿法脱硫的实验研究。结果表明:脱硫率随进口气速增加而增加;随液体喷射速度增加先增加,增加到一定程度后几乎不变;随烟气中SO₂的进口浓度增加而减小,存在一适宜的Ca(OH)₂浓度和回流比。在气体流量24～72 m³·h^-1、循环液体量0.4～0.8 m³·h^-1、料浆中Ca(OH)₂浓度7500 g·m^-3时,对SO₂浓度为1891～6373 mg·m^-3的烟气进行湿法脱硫,脱硫率达88.9%～97.7%,且WSA的旋流气体和喷射液体在湿法脱硫中具有自清洁能力,未发现内部结垢和喷孔堵塞现象。总体积传质系数K_Ga、有效相界面积a均随进口气速u_G增大而增大,而总传质系数K_G随u_G增加变化较小;当液体喷射速度 u_L≤0.26 m·s^-1时,K_Ga和K_G随u_L增加快速增大,之后增加缓慢,而a随u_L几乎线性增加,K_Ga和K_G随吸收剂中Ca(OH)₂浓度c_L增加有一最大值。结合实验数据拟合得到了相关的经验公式,这些关联式能较好地预测WSA的湿法脱硫传质性能。气体旋流场强度对总体积传质系数K_Ga和有效相界面积a起支配作用,脱硫传质过程同时受气膜和液膜阻力控制,但以液膜控制为主。     

Prediction of two‐phase pressure drop and liquid holdup in co‐current gas–liquid downflow of air–Newtonian systems through packed beds

The dependency of pressure drop and liquid holdup on phase velocities, geometry of the column and packing materials as well as on the physical properties have been analyzed. Our experimental data (825 data points obtained using four liquid systems and three different particles) along with those of the available literature (776 data point from five different sources) were used for the analysis. The applicability and the limitations of the literature correlations were evaluated using the available data. Based on the analysis, new correlations for the estimation of pressure drop and liquid holdup, valid for low and high interaction regimes have been developed using the available data, with a wide range of variables. Copyright © 2005 Society of Chemical Industry     

排气管直径与深度对水力喷射空气旋流器传质性能的影响

对水力喷射空气旋流器(WSA)的中心排气管直径D_e和排气管插入深度S进行了设计优化研究,实验考察了不同D_e和S对WSA脱氨传质系数K_La和气相压降的影响,提出了综合评价传质过程效率的概念——单位压降传质效率η_p,讨论了D_e和S的设计取值。研究表明,当D_e增大时,K_La和气相压降均随之降低,较小D_e的WSA具有较高的气液传质性能,但气相压降比较大,而K_La和气相压降均随S增大而增大。综合能效关系表明,随着D_e的增大η_p增大,随着S的增大η_p出现先增大后降低的趋势,WSA设计中D_e与WSA直径D之比D_e/D宜为0.42～0.53,S与WSA筒体长度H之比S/H适宜取值约为0.70。     

Study of the pressure drop of dense phase gas-solid flow through nozzle

Pressure drops are measured on different nozzles of various pipe sizes in dense phase pulverized coal pneumatic conveying. From the experimental results, we conclude that the effect of the gas phase nozzle pressure drop is negligible when comparing with the solid phase pressure drop in the experimental range. The main influence factors contributing to the nozzle pressure drop are gas and solid mass flow rate, solids loading ratio, and the diameters of the nozzle inlet and outlet. A new model was developed to predict the nozzle pressure drop in dense phase pneumatic conveying of pulverized coal based on the Barth's pneumatic conveying theory. The pressure drop predictions from the model are in good agreement with the experimental values. The model quantified the important influence factors of the nozzle pressure drop.     

U形弯头单元内气液两相流型及压降波动特性

对空气-水两相流在内径16 mm、弯曲半径100 mm的横向U形弯头单元内向上流动时的流型进行了实验研究。利用流动可视化技术及其相应压降波动规律实现了流型的客观识别。总结了不同流型的压降波动特性并据此提出了定量识别流型的新方法。实验范围内发现了分层-搅拌流、塞状-泡状流、段塞-波形流、环状-波形流和环状弥散流等5种与水平直管和垂直直管不同的流型。相比标准偏差,压降波动的功率谱（PSD）分布能更好地反映U形弯头单元内不同流型的流态演变特征与动力学特性。PSD分布的偏度或峰度与气液表观流速比的结合可以定量客观地识别U形弯头单元内的流型,流型转变时的气液表观流速比为1和13。     

Hydrodynamics of gas–liquid flow in micropacked beds: Pressure drop,liquid holdup,and two‐phase model

Hydrodynamics of gas–liquid two‐phase flow in micropacked beds are studied with a new experimental setup. The pressure drop, residence time distribution, and liquid holdup are measured with gas and liquid flow rates varying from 4 to 14 sccm and 0.1 to 1 mL/min, respectively. Key parameters are identified to control the experimentally observed hydrodynamics, including transient start‐up procedure, gas and liquid superficial velocities, particle and packed bed diameters, and physical properties of the liquids. Contrary to conventional large packed beds, our results demonstrate that in these microsystems, capillary forces have a large effect on pressure drop and liquid holdup, while gravity can be neglected. A mathematical model describes the hydrodynamics in the micropacked beds by considering the contribution of capillary forces, and its predictions are in good agreement with experimental data. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 4694–4704, 2017