双流体气流式喷嘴加压雾化特性研究

水煤浆入炉前的雾化对其稳定燃烧和气化发挥着重要作用。通过实验,研究了双流体气流式雾化喷嘴在加压条件下的雾化过程,使用LS-2000分体激光粒度分析仪测量了随着环境压力(雾化室压力)及气液比的不同其雾化角、索特平均直径的变化情况。结果表明:当气液比一定时,索特平均直径d32随着雾化室压力的增大而减小,雾化角随着环境压力的增加而减小,索特平均直径与环境压力的n次幂成正比,n为-0.9~-1.5,当环境压力不变时,索特平均直径随着气液质量比的增大而减小。     

液液静电雾化特性

对水静电雾化弥散于玉米油的液-液雾化过程进行了实验研究。通过拍照对雾滴形态进行了观察。观察表明,不同电压下液-液雾化会呈现出滴状和云状雾化两种较为典型的雾化形态,在两种形态下液滴具有不同的形貌和运动特点,本文给出了两种雾化形态的出现条件及特征描述。通过Winner99颗粒图像分析仪及雾滴尺寸的分布理论,对不同静电电压下雾滴直径的分布规律进行了定量分析。研究结果表明,液-液静电雾化中雾滴的直径分布服从Rosin-Rammler分布规律。随着电压的升高,雾滴直径分布趋向均匀,雾化细度得到改善。与在空气中雾化有所不同,液-液雾化中雾滴分布的概率密度曲线峰值两边呈现出显著的不对称性,小液滴数尺寸分布较窄而大雾滴数的尺寸分布较宽。随着电压的升高,大雾滴尺寸分布有所变窄,概率密度曲线趋近对称。     

大型气液同轴喷射分布器数学模拟

大型浆态床的气液分布器设计需要同时考虑气体均布、气液传质和防止堵塞三个方面的要求,基于此提出了一种大孔径气液同轴喷射的分布器构型。首先通过单喷嘴冷模实验测量了全塔平均气含率和大、小气泡相含率,证明气液同轴喷射能够显著强化气液传质,减小气泡直径。随后对所设计的外径6.3 m的多环大型气液分布器内部的流动进行了三维瞬态模拟以探讨改进气体均布的措施,模拟发现,对于多环分布管结构,采用管径随环径增大的变直径分布器代替常用的等直径分布器能够明显改善气体分布的均匀性。最后对该分布器在不同载荷下的气体均布指标进行了计算机模拟,结果表明在?40%的负荷变化范围内,分布器的气体均布性能仍然比较稳定,能够满足工业应用的要求。     

液液硝化反应器的分散特性和放大研究

根据界面化学反应速率和传质速率的动态平衡理论 ,在五个几何相似的具有双排蛇管的模拟硝化反应器中 ,测定了不同工况下液液湍流搅拌分散系统的Sauter直径。提出了计算Sauter直径的经验公式 ,并通过实验测定了有关参数。实验结果表明 ,该硝化反应器在进行放大时有一最佳中试容积 ,从而得到了放大的依据。     

Lightnin静态混合器内气泡分散流体动力学特性实验研究

以Lightnin静态混合器（LSM）内水-空气气液两相体系为研究对象,在连续相水表观速度U_L=0.071~0.127 m/s和离散相空气表观速度U_G=0.007~0.042 m/s的条件下,研究内径100 mm的LSM内气液两相湍流流动阻力与气泡分散水动力学行为。使用分辨率为1920×1080的高速相机Revealer-2F04M采集混合器内不同轴向窗口的气泡群演化过程。结果表明：当U_L<0.085 m/s和U_G=0.025~0.042 m/s时,LSM内的流型为泡状流。随着气泡群流经混合元件数的增加,气泡群的Sauter平均直径d₃₂逐渐减小。当液体表观速度U_L≤0.085 m/s时,Sauter平均直径d₃₂随气体表观速度的增加先减小后增大;U_G =0.028 m/s时d₃₂达到局部最小值,53%的气泡直径d_B/D₀在0.02~0.05范围内。Sauter平均直径、内径与无量纲停留时间τ之间的关系满足d₃₂/D₀=0.031τ^-0.14We^-0.41。平均气含率α的增大显著增加了单位体积内气泡数量密度,加剧气泡与元件表面碰撞频率,增大旋涡二次流强度,导致摩擦系数显著降低;采用Lockhart-Martinelli方法对实验数据回归,得到气液两相流压降预测常数C的关联式：C=5.26×10⁵U_G^-0.91/Re^0.74。     

Lightnin静态混合器内气泡分散流体动力学特性实验研究

以Lightnin静态混合器（LSM）内水-空气气液两相体系为研究对象,在连续相水表观速度U_L=0.071~0.127 m/s和离散相空气表观速度U_G=0.007~0.042 m/s的条件下,研究内径100 mm的LSM内气液两相湍流流动阻力与气泡分散水动力学行为。使用分辨率为1920×1080的高速相机Revealer-2F04M采集混合器内不同轴向窗口的气泡群演化过程。结果表明：当U_L<0.085 m/s和U_G=0.025~0.042 m/s时,LSM内的流型为泡状流。随着气泡群流经混合元件数的增加,气泡群的Sauter平均直径d₃₂逐渐减小。当液体表观速度U_L≤0.085 m/s时,Sauter平均直径d₃₂随气体表观速度的增加先减小后增大;U_G =0.028 m/s时d₃₂达到局部最小值,53%的气泡直径d_B/D₀在0.02~0.05范围内。Sauter平均直径、内径与无量纲停留时间τ之间的关系满足d₃₂/D₀=0.031τ^-0.14We^-0.41。平均气含率α的增大显著增加了单位体积内气泡数量密度,加剧气泡与元件表面碰撞频率,增大旋涡二次流强度,导致摩擦系数显著降低;采用Lockhart-Martinelli方法对实验数据回归,得到气液两相流压降预测常数C的关联式：C=5.26×10⁵U_G^-0.91/Re^0.74。     

气液两相流通过节流器的携液研究

针对不同气液比的两相流经过不同直径的水平节流器携液特性不明,利用数值计算对气液两相流携液特性进行仿真。研究表明:同一节流器直径,随着气液比的增大,节流入口与出口速度增大,携带液体的体积比增大;同一气液比,随着节流器直径的增大,节流入口速度减小,节流出口速度反而增大,携带液体的体积比增大。因此选用大直径节流器和大气液比,能更好的携带液体。     

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。     

卧式搅拌釜气液传质特性及其应用

前言国外从60年代初已开始用卧式搅气釜(Horizontal Sirrted Vessel)(见图1)作为拌体吸收传质装置。由于它在很低的搅拌转速下具有良好的气液传质特性,引起了化工界极大兴趣。起初卧式搅拌釜主要用于气体吸收以代替填充塔,后来才用于聚合反应。它是气液系聚合工艺的理想设备。有机氟单体聚合多数有一个气液传质过程。据报导国外氟聚合物生产已逐步转向采用卧式搅拌釜。     

液液雾化特性与粒径分布规律

液液雾化过程是液液循环流化床的关键技术之一,在流化床常态实验装置上,采用快速摄像与图像处理相结合的方法,获得了实验流量范围内液滴形成过程的图像以及形成液滴的粒径信息,运用数学分布函数对液滴的粒径分布进行了研究。研究结果表明,各流量工况下,液滴的粒径分布与Rosin-Rammler分布符合得较好;在实验流量范围内,形成液滴的区域有单液滴形成区域、过渡区域和多液滴形成区域,且液滴中位径的总体趋势是减小的,当水的流量为50 ml·min-1时,形成液滴的粒径主要集中在0.7～1.0 mm之间;在单液滴形成区域和多液滴形成区域,液滴粒径的均匀性先减小后增大,中位径呈减小趋势,但在多液滴形成区域两者的变化幅度较小,在过渡区域,液滴粒径的均匀性与中位径基本不变。研究结果可为液液循环流化床基于设计粒径的要求合理选取运行流量提供可靠依据。     

A study on fractal characteristics of aerodynamic field in low-NOx coaxial swirling burner

The primary air of a low-NO_x coaxial swirling burner is visualized by using glycol as smog tracer. The information of the visual flow field is input into a computer through image-capturing card with CCD camera as the image-capturing element. The boundary of the visual zone, i.e., the interface of the primary and secondary airs, is obtained by image processing. Fractal dimension (FD) of the boundary is examined and found to change from 1.10 to 1.40 with S₁, S₂ and ζ₁. When FD is small, the complex level of the interface is low, and mixture between the primary and secondary airs is weak near exit of the burner at the initial phase of combustion. This is stratified flow. When FD is big, mixture becomes strong near exit of the burner. It has been proposed that the flow with FD ranging from 1.10 to 1.20 is stratified flow favoring the reduction of NO_x yield and the flow with FD from 1.25 to 1.40 is mixed flow producing significant amount of NO_x . The mechanisms of the formation of stratified flow and mixed flow are analyzed. The corresponding S₁, S₂ and ζ₁ of these flows are given.     

基于正交设计的旋流组合式喷嘴雾化性能实验

为寻求旋流组合式喷嘴雾化性能影响因素间的优化匹配方案,在分析和总结的基础上,选取旋流器的组合方式、喷头构型、进气流量和进气方式等作为主要影响因素,通过正交设计理论,安排试验方案,采用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对雾化性能的关键评判因素——喷雾场粒径进行了采集测量。实验结果的极差分析和方差分析表明,旋流器的组合方式对雾化粒径的影响最强,水流量次之,再次为喷头构型,而进气方式的影响最弱;此外,旋流器组合方式与喷头的交互作用产生的影响不应被忽略。     

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。     

气体喷射-气液旋流式冷氢箱的传质特性

开发了一种具有多重旋流结构的气体喷射-气液旋流式冷氢箱,并通过大型冷模实验对其进行传质性能测试。在气体喷射速度10～80 m·s^-1和液体进口速度0.2～0.7 m·s^-1条件下,采用氧吸收法测量了液相体积传质系数k_La,采用空气-Na₂SO₃溶液化学吸收法测量了相界接触面积a。结果表明:k_La和a均随气体喷射速度和液体进口速度增大而增大,其中受气体速度变化影响更为明显;由测定的传质参数数值可知新型冷氢箱传质效果较传统冷氢箱大幅提高,与机械输入设备处于相同量级,具有优异的气液混合性能。还采用量纲分析法对数据进行了归纳拟合,得到传质参数与气相Reynolds数、液相Weber数之间的关联式,可以较好地关联预测冷氢箱的传质性能。     

低压旋流雾化喷嘴的雾化性能

石灰浆液雾化喷嘴是烟气喷雾干燥脱硫系统的关键设备。利用Win212-2型激光粒度分析仪,对不同结构参数的低浓度石灰浆旋流雾化喷嘴的低压雾化性能进行了实验研究,得出了喷嘴结构参数对喷嘴雾化性能的影响规律和石灰浆低压旋流雾化喷嘴的最优化结构参数。优化后的喷嘴结构参数为：旋流片槽数为4,旋流片槽张角6°,旋流室收缩角90°,D/d=4.4～6.4,D/b=6～8,L/b=3.3～4.0。该喷嘴在0.8 MPa的低压下,雾化粒度可达到100 μm以下,雾化角为70°左右,具有良好的雾化性能,比普通喷嘴的雾化性能有较大提高。     

旋风分离器内气相旋转流动态特性分析与表征

旋风分离器内的气相旋转流具有很强的动态特性,表现为流场瞬时参数随时间波动变化。为了对旋风分离器内气相旋转流动态特性进行表征,本文基于热线/热膜风速仪（HWFA）和动态压力传感器测量的旋风分离器内瞬时切向速度和瞬时压力,从时域和频域两个方面进行了分析。结果表明,旋风分离器内瞬时切向速度信号时域上的波形分布与旋转流的摆动存在联系,时域上的标准偏差可以直观地表征旋风分离器内旋转流的波动强度;频域的主频和功率谱密度（PSD）可以表征旋转流动态参数波动的准周期行为、传递行为和强度衰减特征,也是旋转流摆动行为及其影响范围的反映。基于瞬时切向速度和瞬时压力的时域和频域分析能较好地反映旋转流流场的波动特点,均可用于表征旋风分离器内气相旋转流的动态特性。     

Bubble flow in pressurized gas/solid fluidized beds

This contribution presents the measurements of bubble behaviour in presence of A, B and D powders in a semi-industrial scale pressurized fluidized bed. Local measurements were taken at static pressures of 0.2, 1.0 and 2.5 MPa, using capacitance probes. Quartz sand with mean particle diameter of 157 μm was fluidized in small “two-dimensional” transparent equipment with Frigen R 115. In addition, pressure fluctuations in the bulk of the fluidized bed with inner diameter of 0.4 m were studied experimentally.     

三通道气流式喷嘴内粘性流体雾化过程

研究了粘性流体在三通道气流式喷嘴的雾化过程,考察了三通道喷嘴雾化性能的影响因素。实验及数值模拟结果表明,当其他条件不变时,雾化滴径随液体粘度的约0.088次方单调增大,随液体流量的约0.37次方单调增大,随一、三通道气量比α的增加,呈现先增后减的非单调变化趋势,在α≈0.22时Sauter平均直径SMD达到最大值。     

催化裂化再生器树枝状气体分布器喷嘴的射流特性

在催化裂化装置中再生器底部通常设置有树枝状管式气体分布器,通过分布器上的喷嘴分布气体。但在实际运行过程中喷嘴常出现布气不均和磨损问题,影响其自身的布气性能和使用寿命。为此,在二维床实验装置上针对喷嘴的射流特性进行了实验研究。实验物料为FCC催化剂颗粒,喷嘴出口气速范围为30～70 m·s^-1,喷嘴喷射角度范围为0°～67.5°。实验用摄影观察法测量喷嘴射流的射流长度和附近的流场流态。实验结果表明射流长度随喷嘴气速和喷射角度的增大而变长。射流气体在向上翻转过程中,在树枝状管式气体分布器两分支管之间产生旋转涡流现象,旋转涡流的大小与喷嘴出口气速和安装角度有密切关系。最后基于实验数据,建立了喷嘴射流长度的计算模型。     

Investigating the liquid film characteristics of gas–liquid swirling flow using ultrasound doppler velocimetry

A novel gas–liquid two‐phase flow metering method was proposed. A spiral vane mounted in the inner pipe was used to transform inlet flow patterns into gas–liquid swirling annular flow. The thickness and velocity profile of liquid film were measured by ultrasound Doppler velocimetry. The liquid flow rates were obtained by integrating of velocity profile during the liquid film zone. Experiments were carried out in an air–water two‐phase flow loop and an ultrasonic transducer was installed under the bottom of the test section with the Doppler angle of 70°. The flow patterns included stratified wavy, annular, and slug flows. Compared with non‐swirling flow, the liquid film thickness at the bottom reduces greatly. The measurement accuracy of liquid flow rate was independent of inlet flow patterns, gas and liquid velocities. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 2348–2357, 2017