喷嘴结构对流场性能影响的研究

喷 嘴 结 构 对 流 场 性 能 影 响 的研 究
邱 庆 刚 ， 刘 丽 娜
（ 连理 工 大 学 能 源 与动 力 学 院 ， 宁 大 连 １ ０ ） 大 辽 １ Ｏ０ ６
摘 要 ： 利 用 ＶＯＦ（ ｏｕ ｆｆｕｄ 方 法对 海水 淡 化 中空 离心 式 喷 嘴 的 气 液 两相 流 动 进 行 了数 值 模 拟 ， 将 ｖ ｌｍｅｏ ｌｉ） 并
第 ２ ４卷 第 １期
２１ ０ １年 ２月
石
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Ｖｏ１ ．２ ４
Ｎ ｏ．１
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文章 编 号 ：０ ６ ９ Ｘ（ ０ １ ０ ０ ６ ０ １ ０ —３ ６ ２ １ ） ｌ ０ ８ ５
喷 嘴 出 口扩 散 角会 影 响到 空 气心 吸 气 气 流 的速 度 大 小 ； 嘴 中心 轴 线 处 空 气 心 直 径 随 着 喷嘴 出 口 直径 的 减 小 而 变 喷
小 ， 处 速 度 曲 线有 两个 跃 动 ， 一 个跃 动 发 生 在 刚进 入 喷 嘴 的 位 置 （ 该 第 一０ ０ ， 二 个 跃 动 发 生 在 喷 嘴 出 口收 缩 ． ５ ｍ） 第
ｄａ ｔｒｄ ｃｅ ｓｓｗｉｈｎ ｚｌ ｉｍｅｅ ｅ ｒａ ｅ ，ａ ｄｔｅ ｅａｅｔ ｋｐ ｎｖ ｌｃｔ ｕ ｖ ｓ ｉｍｅｅ ｅ ｒａｅ ｔ ｏ ｚｅｄａ ｔｒｄ ｃｅ ｓ ｓ ｎ ｈ ｒ ｒ ｗｏｓ ｉｓｉ ｅｏ ｉ ｃ ｒｅ ．Ｏｎ ｓｉ ｕ ｔｅ ｔｒｎ ｈ ｏ ｚｅ ｙ ｅｉ ｎｊｓ ｎｅ ｉｇｔ ｅｎ ｚｌ
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所 研 究 的 海 水 淡 化 离 心 式 喷 嘴 包 括 侧 面入 口管
十组 压力数 据并 取平 均值 ） 改变 流量 大小 以测量 多 ，
组 数据 。 实 验 中 采 用 条 件 喷 淋 角 度 ， 用 数 学 公 式 ］利
段 、 流室 、 旋 喷嘴 出 口收 缩 段 、 口直 管段 和 出 口扩 出 散 段 ５ 分 。对喷 嘴旋 流室采 用 四面体 混合 网格划 部 分， 以适 应 复杂 的旋 转 流动 ， 余部分 采用 六面 体结 其
嘴 式 分 布 器 ｌ 。 在 这 些 装 置 中 ， 嘴 式 分 布 器 主 １ 一～ 喷 要 应 用 在 对 液 膜 稳 定 性 要 求 小 的 水 平 管 束 的 研 究
收 稿 日期 ： ０ ０ — １ ２ １ —１ ２ ７
的正确性 。在此 基础上 对原有 几何模 型的结构进 行
修 改 ， 观 察 不 同 的 喷 嘴 出 口扩 散 角 和 出 口 直 径 对 以 喷嘴流场 的影 响 。
作 者简 介 ： 庆 刚 （ ９ ９ ） 邱 ］ ６ ．男 ， 宁大 连 市 ． 教授 ， 士 。 辽 副 博
基 金 项 目 ：中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助
ｐ ｓｔｏｎ （ 一 ０ ５ ｏ ｉｉ ．０ ｍ ），ａ ｔ ｒｉ ｅ ｗ ｅ ｎ ｎｏ ｚｅ ｅ ｏｒ ｃ ｎｔａ ｔｏｎ ａ ｄ ｅ ｐｏ ｔｅ ａ ｓｏｎ （ ０ ｎｏ ｈｅ ｓ ｂ ｔ ｅ ｚ ｌ ｘｐ ｔ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｘ ｒ ｘｐ ｎ ｉ ０． ２～ ０． ｍ ） Ｌｉ ｕｉ ｌ ｓ ｄ ｔ ０４ ． ｑ ｄ ｃｏ ｅ Ｏ ｔ ｅ ｅ ｉ ｏ ｚｅ ａ ｃ ｌｒ ｔ ｓ ｍ ｏｒ ａ ｄ ｙ ｗ ｉｈ ｔ ｅ ｎ ｚｅ ｄｉｍ ｅ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｄ ｒ ｄａ ｅｏｃｔ ｈ ｔｅ ｅ ｔｏｎ ｂ ｃ ｍ ｅ ｈ ｘ ｔｏｆｎ ｚ ｌ ｃ ｅｅ ａ ｅ ｅ ｒ ｐｉｌ ｔ ｈ ｏｚ ｌ ａ ｔ ｒｄｅ ｒ ａ ｅ ｎ ａ ｉｌｖ ｌ ｉｙ ｏｎ ｔ ｅ ｏｕ ［ ｔｓ ｃ ｉ ｅ ｏ ｓ ｌｒｅ ． ａ ｇ ｒ Ｋｅ ｒ ｓ： ｙ ｗｏ ｄ Ｖ ＯＦ ；Ｄｅ ａｉ ｔｏ ｓｌ ｎａ ｉｎ；Ｓｗｉｌａｏｍ ｉｅ ；Ｄｉｆ ｓｏ ａ ｇｌ Ａｉ ｏｎｅ Ｅｘ ｒ ａ ｅ ｅ ｒ ｔ ｚｒ ｆｕ ｉｎ ｎ ｅ； ｒｃ ； ｐｏ ｔｄｉｍ ｔ ｒ
构 网格划 分 。坐标 轴 原 点 取在 旋 流 室 顶部 中心 ， 沿 旋 流 室 半 径 方 向 平 面 取 为 ｚ— 平 面 ， 法 线 方 向 其 取 为 ｚ 方 向 ， 嘴 结 构 和 三 维 网 格 划 分 如 图 ２所 轴 喷
Ｃｏ ｒｓ ０ ｄｎ ｕ ｈ ｒ ｒｅｐ ｎ ｉｇ ａ ｔ ｏ ．Ｔｅ．： ８ ～ ４ １ ８ ９ ０ １ ｅ ｍａｌｑ ｇ ｎ ． ｄｕ． ｄ ． ｎ １ ＋ ６ １ — ２ ２ ４ ９；ｍ ｉ：ｑ ａ ｇ ＠ ｌｔ ｅ ｕ ｃ
水平管 降膜蒸发器 广泛应用 于海水 淡化 、 工 、 化 石油精 炼和 大型制 冷等 行业 中 ， 水平 管 降膜 蒸 发 在
（ ＤＵ Ｔ １ ０ＺＤ １ ０９） 。
第 ｌ百度文库
邱 庆 刚 等 ．喷 嘴结 构 对 流 场性 能 影 响 的 研究
１ 实验 研 究
搭建 如 图 １ ａ所 示实 验 装 置 ， 箱 中 的水经 过 （） 水
泵 ， 子流 量计 ， 喷嘴 喷 出 。为准 确 测 量 流量 、 转 从 压 力等 参数 ， 嘴与管 道连 接处应 采用 密封 带密 封 ， 喷 以 防渗 漏 液 体 ， 起 测 量 误 差 。实 验 开 始 前 ， 开 启 旁 引 先 通 阀 门 ， 后 开 启 泵 ， 变 调 节 阀 开 度 大 小 用 以调 节 然 改
湍 流 模 型 进 行 计 算 ， 力 速 度 耦 合 采 用 ＳＭ Ｐ Ｅ算 压 Ｉ Ｌ
法。
流量 计 的读 数 ， 待流量 达 到某一 稳定值 后 ， 录流量 记
计 读 数 和 相 应 的 压 力 表 示 数 （ 于 水 压 有 波 动 ， 取 由 读
２ ２ 喷 嘴 结 构 和 网 格 划 分 ．
速度 ； 为体 积 力 ； Ｆ Ｐ为 流 体 密 度 ， 为 液 相 体 积 分 Ｆ
数 ， 一 １ （ 一 厂） ２ “ 一ｆ ｎ＋ （ 一 －） １ ０ ＋ １ Ｉ ， ｕ Ｄ １ 厂 一 下 标 １
和 ２表示气 相 和液相 ；， ｉＪ为张 量符号 。 针对大 空 间旋转 射流特 征 ， 用 ｒａ ｚｂｅｋ 应 ｅｌ ａ ｌ —ｅ ｉ
段 至 出 口扩 张段 （ ． ２ ． ４ｍ） 喷 嘴 出 口直径 越 小 ， 喷 嘴 内接 近 出 口 处液 体 的 加 速 作 用越 明 显 ， 口截 面 上 的 ０ ０ ～０ ０ ； 对 出
径 向速 度 越 大 。
关 键 词 ： ＶＯＦ； 海 水淡 化 ； 离心 式 喷嘴 ； 出 口扩 散 ； 空 气心 ； 出 口直 径 中 图分 类 号 ： Ｐ ４ ７７ 文 献标 识 码 ：Ａ ｄ ｉｌ ． ６ ６ Ｊ ｉｓ ． ０ ６ ９ Ｘ． ０ １ ０ ． １ ｏ ：０ ３ ９ ／．ｓ ｎ １ ０ —３ ６ ２ １ ． １ ０ ６
喷 淋 管 式 分 布 器 、 结 水 平 管 、 部 开 孔 的 水 箱 和 喷 烧 底
方 法 的优 缺 点 ， 现 有 一 种 中 空 离 心 式 海 水 淡 化 喷 对 嘴进行 了上述 两方 面 的研 究 ， 将 两 者数 据 进行 了 并 比较 ， 果 吻 合 良好 ， 证 了 其 模 拟 计 算 中模 型 选 择 结 验
模 拟 结 果 与 实验 数 据进 行 了对 比 ， 两者 吻 合 良好 。对 喷 嘴 出 口扩散 角 和 出 口直 径 等 结 构 参 数 进 行 了比较 分析 ， 出 得
结 论 ： 嘴 出 口扩 散 角越 大 ， 淋 液锥 角度 也越 大 ， 出 口扩 散 角度 并 不 是 越 大 越 好 ， 际应 用 中存 在 一 个 最优 值 ； 喷 喷 但 实
Ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｏ ｅ ｒｃ ｌＳｔ ｕ ｔ ｅ ｏｎ Ｆｌ ｉ ｏ ｉ ｚ ｌ ｎ ｌ ｅ ｃ ｆ Ｇｅ ｍ ｔ ｉ ａ ｒ ｃ ｕｒ ｕ ｄ Ｆｌ ｗ ｎ Ｎｏ ｚ ｅ
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器 中 液 体 分 布 装 置 最 为 关 键 ， 分 布 形 式 直 接 影 响 其
中， 文研究 的海水 淡 化 喷嘴 就是 喷 嘴式 分 布器 中 本
的一种 。 参 阅 文 献 ［ —８ 并 综 合 考 虑 了实 验 和 模 拟 两 种 ６ ］
水平 管管外液体 的分 布和流动 。液体分 布装置包 括