基于濕空汽撞擊流中液滴運動理論,搭建實驗平臺模擬濕蒸汽射流撞擊過程,實驗結果表明:出口面液滴索特爾平均直徑為入口處的3.1到6.1倍,小直徑液滴在撞擊流中會產生團聚效應。利用數值模擬研究撞擊流中液滴團聚機制,數值結果與實驗結果誤差最大在20%。數值計算結果表明:湍流效應、液滴數量密度和液滴停留時間是影響液滴團聚效應的3個重要因素;隨著氣流入射角和蒸汽濕度的增加,液滴團聚效應顯著增強;針對本文所用撞擊裝置,當入口流速在2.0m/s～2.5m/s左右時,液滴團聚效應最強。 

【文章來源】：汽輪機技術. 2019,61(03)北大核心

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

實驗系統(tǒng)示意圖1—金屬軟管;2—可視段;3—粗不銹鋼管;4—霧化噴嘴;5—細不銹鋼管;

，然后分為兩路并經過兩路對稱安裝的管路5、3、2、1及完全相同的霧化噴嘴4將霧化后的小液滴相向地輸送到試驗段，完成撞擊過程，最后由試驗段的頂部出口排出。在試驗段入口之前的一段氣路中，為了得到試驗段入口前液滴平均直徑、氣液混合物濕度等初始信息，在管路中設置一段方管，并將方管前后兩面切割并鑲置玻璃，得到可視段2并在此觀測，具體結構如圖3所示。圖3試驗段入口前可視段試驗段的結構與傳統(tǒng)兩相對撞試驗所用裝置結構類似，兩個大小相同的入口，相對分布在裝置的左右兩側，如圖4所示，詳細尺寸見圖5。該試驗段由不銹鋼制成，為長方體狀的腔體，只有一個出口位于試驗段的頂端，并且在前后兩面裝了透明玻璃以便于觀察裝置內的流動以及使用馬爾文儀記錄裝置內液滴平均直徑的分布。為了方便改變氣流對撞的角度，將長度為100mm的不銹鋼管的一邊切割成對應入口汽流β角0°、30°、45°、60°的角度，并在切割面平行焊接不銹鋼板，試驗時通過螺釘與試驗段連接，另一邊通過對絲接頭與金屬軟管1相連，在試驗時會對金屬軟管1采用帶有角度刻度的支架進行固定。圖4試驗段實物圖圖5撞擊裝置物理模型示意圖將裝置的兩入口中間面位置定義為撞擊面，并將撞擊面附近氣流對撞的立體空間區(qū)域定義為撞擊區(qū)。基于該實驗平臺，對濕蒸汽撞擊流中液滴團聚的可能性進行研究，研究工況如下:入口液滴相對濕度為20%，馬爾文儀(馬爾文粒度儀為2600系列，測量范圍0．5μm～1800μm，重復性±0．3%，精度±3%)測得試驗段入口液滴SMD為2．95μm�？刂迫肟跉饬鹘铅路謩e為0°、30°、45°和60°。針對每一組角度，測量入口速度為2．0m/s

工況下，液滴經過液滴撞擊團聚實驗裝置后，出口處液滴SMD值均較入口值增加，最大為入口面的6．1倍，最小為3．1倍，實驗表明液滴在撞擊流中有顯著的團聚效應，液滴平均直徑大幅增加。圖6不同工況出口液滴SMD值2數值模擬與驗證為進一步探索撞擊中液滴團聚機制，本文將自編程序與FLUENT相耦合，并采用歐拉－拉格朗日模型模擬濕蒸汽撞擊兩相流。2．1液滴碰撞模型液滴間發(fā)生碰撞概率的推導可模仿分子動力學中分子碰撞概率的計算［12］，假定直徑為di的大直徑液滴i處于靜止狀態(tài)，直徑為dj的小直徑液滴j與液滴i的相對速率為ui－uj，則在時間Δt內，位于以直徑取di+dj的圓為底、以ui－ujΔt為高的圓柱體內的液滴j均會與液滴i發(fā)生碰撞，如圖7所示。圖7液滴碰撞過程示意圖現考慮以液滴i為中心，Ｒi為半徑的球空間，假定液滴j均勻彌散于該空間內，液滴j與液滴i發(fā)生碰撞的概率為上述圓柱體體積與球空間的商。對球空間內所有液滴j求和，便可得到液滴i與其它液滴發(fā)生碰撞的概率為［13］:Pi=∑j∈Ｒi(i≠j)π(ri+rj)2ui－ujnjΔt43πＲi3(1)式中，ri、rj、ui、uj為液滴i與液滴j的半徑和速度;π(ri+rj)2為液滴有效碰撞面積;ui－uj為兩液滴相對速率;Δt為計算時間步長;nj為計算液滴所代表的真實液滴的個數。搜索半徑計算如下［13］:Ｒi=uiΔt(2)該式表示，只有在液滴i于Δt時間內能到的范圍內的其它液滴才能成為潛在的?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3612891