噴射器內(nèi)液-液湍流混合過程的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、噴射器作為一種新型的高強(qiáng)度混合效果的反應(yīng)器型式，具有混合強(qiáng)度高、濃度及溫度分布均勻、反應(yīng)進(jìn)程快、副反應(yīng)轉(zhuǎn)化率小等優(yōu)點(diǎn)，在石油、化工、環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)展迅速，已有廣泛應(yīng)用。然而，由于噴射器內(nèi)湍流混合過程的復(fù)雜性，目前對(duì)其研究還很不充分，設(shè)計(jì)和放大都基本依靠實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行。本文對(duì)噴射器內(nèi)湍流混合過程這一復(fù)雜問題進(jìn)行了研究，通過平面激光誘導(dǎo)熒光(Planarlaserinducedfluorescence，PLIF)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)(Compute

2、dfluiddynamics，CFD)模擬相結(jié)合的方法，對(duì)湍流過程中涉及的宏觀混合、微觀混合及其之間的相互作用對(duì)噴射器混合性能的影響進(jìn)行了探討。 一、利用平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)技術(shù)對(duì)不同操作條件、不同結(jié)構(gòu)尺寸的噴射器進(jìn)行了宏觀混合情況的研究。獲得了各種條件下噴射器瞬時(shí)、時(shí)均濃度場，利用離析度(intensityofsegregation，IOS)的概念對(duì)混合效果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明： (1)流速比是影響宏觀混合的重

3、要因素，在恒射流流量的情況下，達(dá)到完全混合所需的距離是隨引流的增大先增大而后減小。在恒引流流量的情況下，混合所需的距離是隨射流流量的增大先增大而后減小。 (2)絕對(duì)流速是影響混合的重要因素，在相同流量比的情況下，流量越大混合進(jìn)行的就越快。 (3)在大多數(shù)操作條件下，混合室入口直徑/噴嘴直徑越大，噴射器的混合效果越好。對(duì)混合距離變化曲線進(jìn)行擬合，回歸得到了引流/射流動(dòng)量比與相對(duì)混合距離的關(guān)系式，利用此關(guān)系式可在得知進(jìn)料條件

4、的情況下計(jì)算出混合完成所需要的距離。 (4)在噴嘴上游加入旋流器可以大幅提高噴射器的湍流混合強(qiáng)度和混合性能，選擇直徑大的噴嘴能取得更好的效果。 二、建立了噴射器的宏觀微觀混合模型，利用流體力學(xué)軟件Fluent6對(duì)噴射器進(jìn)行了CFD模擬，得到了不同條件、不同結(jié)構(gòu)尺寸下噴射器內(nèi)部的湍流流場信息。建立了噴射器混合效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用宏觀混合分?jǐn)?shù)方差與混合分?jǐn)?shù)方差分別代表宏觀混合和微觀混合情況，結(jié)果表明： (1)利用PL

5、IF實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)三種不同的湍流模型進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示RNGk—ε模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大，而standardk—ε模型和realizablek—ε模型均能獲得較好的結(jié)果。 (2)噴射器存在一個(gè)最佳混合段直徑/噴嘴直徑比范圍，這個(gè)比值范圍在1.7～1.8之間，在這個(gè)范圍內(nèi)，在同樣的邊界條件下，噴射器完成微觀混合所需要的距離最短。 (3)在同樣的邊界條件下，擴(kuò)散角度越大，噴射器完成微觀混合所需要的距離就越短，而宏觀混合所需要的