液-液循环流化床制冰过程的火用分析

采用水与另一种非相溶载冷流体直接接触换热结冰的液液循环流化床是一种新型动态制取流体冰方法.针对该方法建立了研究床内多相流动与传热过程的数值模拟平台,以热力学第二定律为基础提出了液液循环流化床制冰过程的火用损失计算模型.采用数值试验方法探讨了水滴直径、载冷液体入口温度和速度对系统的制冰能力和火用损失的影响.研究结果发现,减小水滴直径和入口温度可以不断提高循环流化床的制冰能力,但减小入口速度的作用有限,而减小水滴直径是兼顾制冰能力和过程火用损失的最有利途径.

液-液循环流化床制取流体冰过程的颗粒形成与运动特性

采用水与另一种非相溶载冷液体直接接触换热制取流体冰的液-液循环流化床是一种全新的动态制冰方法,在所建立的循环流化床试验台上针对制冰过程的关键问题——颗粒(液滴、冰颗粒)形成及其运动特性展开研究,研究过程中采用快速摄像与图像处理相结合的方法,获得颗粒形成及其沿程运动过程的图像以及循环流化床不同高度上颗粒的粒径信息。研究发现射流形状、射流长度及其波动的变化规律直接影响形成液滴的粒径大小与均匀性;颗粒的沿程粒径分布具有向粒径增大方向倾斜与移动特征,并随射流液体流量的增大,颗粒的粒径分布范围与倾斜程度增大;颗粒在流化床内沿程运动过程中具有明显的颗粒聚团、聚并与分散现象,且颗粒的聚并现象不可避免,主要出现在流化床0.50 m高度以上,并随射流液体流量增大出现颗粒聚并现象的高度在增高。

液-液循环流化床传热与制冰特性数值模拟

提出一种新型的液-液循环流化床动态制取流体冰方法,该方法采用水在另一种非相溶载冷液体中雾化形成细小水滴,水滴的运动主要受载冷液体的携带作用,水滴在循环流化床内流动过程中两相直接接触换热,水滴冻结实现制取颗粒流体冰目的。针对水雾化成水滴后循环流化床内水滴、载冷液体、冰颗粒所构成的三相系统,基于欧拉-拉格朗日方法,建立了颗粒轨道模型,模型考虑了相间能量、动量耦合。根据所建立的模型,对循环流化床内的多相流动与传热过程展开研究,获得了循环流化床运行参数对制冰过程的传热量和制冰量的影响规律,所得结果为定量预测液-液循环流化床传热与制冰性能及运行参数的合理选取提供了理论依据。

液-液循环流化床液滴形成特性研究

基于图像采集与处理方法对液-液循环流化床液滴形成特性进行了实验研究,提出了形成液滴的3种液-液雾化方式,考察了液-液雾化方式与射流长度脉动、液滴粒径分布的相关性,获得了液-液雾化方式的转变规律以及雾化强度、射流长度脉动和液滴粒径分布基于相对雷诺数的变化规律。结果表明,雾化过程与相对雷诺数密切相关,随着相对雷诺数的增加,雾化强度持续增强,液-液雾化方式由滴流型向层流射流型转变,最后发展为湍流射流型;在整个相对雷诺数实验范围内,射流长度的脉动表现出随机和非周期的特点,其标准方差与平均值的变化规律基本一致,在相对雷诺数为1.3×104时达到最大值;液滴的粒径分布参数一直增大到湍流射流型雾化阶段,在相对雷诺数为2.5×104时,液滴的粒径均匀性最好,而液滴平均粒径总体上随相对雷诺数的增大不断减小,形成液滴的最小平均粒径发生在湍流射流型雾化阶段。

液-液循环流化床制取流体冰雾化机理实验

对液-液系统射流雾化机理进行了实验研究.通过改变水的喷射速度和非相溶介质的流速,来研究不同条件对雾化的影响,利用高速摄像仪捕捉各种工况下的雾化结果.采用图像处理与数值计算相结合的方法对雾化结果进行了统计整理,对雾化过程中影响雾化液滴平均粒径、射锥高度以及雾化现象的关键因素进行了探讨,并应用Rosin-Rammler分布函数对液滴粒径分布进行了分析.结果表明:每种工况下的雾化液滴粒径存在着离散性,能很好地符合Rosin-Rammler分布规律;当非相溶介质流速保持不变时,雾化液滴统计平均粒径与射锥高度分别在喷射速度为2.3与3.5m/s时,达到最大值;而在相同的喷射速度下,改变非相溶介质流速所得雾化结果也完全不同.喷射速度以及周围非相溶介质的流速是影响雾化结果的重要因素,合理选择其值对优化雾化性能及控制雾化过程有着重要的意义.

循环流化床制取流体冰中液滴碰撞-聚并实验研究

对雾化液滴在液-液循环床体内碰撞-聚并现象进行了研究.在相同喷速下,通过改变载冷介质流量和温度,考察了影响液滴聚并发生频率的关键因素;采用高分辨率数码摄像仪实时采集床内颗粒在同一工况下不同高度处的流动状态,应用图像处理与数值计算相结合的方法,分析了颗粒平均粒径沿床高的变化趋势;对载冷介质温度最低时实验所获得的冰晶进行粒径的测量与统计整理,探讨了抑制液滴聚并的方案.结果表明,液滴聚并严重地影响了冰晶尺寸及其分布;在载冷介质流量较小时,液滴聚并频率大大降低,而在载冷介质温度较低时,液滴表面局部破碎及快速冻结导致颗粒平均粒径沿床高呈减小的变化趋势.在保证经济性及不冰堵的条件下,可以通过降低载冷介质温度和减小其流量来改善所制取流体冰冰晶的质量.

液-液循环流化制冰床流化特性研究

基于图像采集与处理方法实验研究了液-液循环流化制冰床的流化特性,发现颗粒的聚团、分散、粘连和聚并4个典型流化特征,获得了颗粒的沿程粒径分布,基于弗劳德准则数Fr揭示了颗粒流化特征与液-液循环流化床流化状态的相关性,讨论了流化床散式流化状态的参数区域。结果表明,颗粒的流化特征和沿程粒径分布随液-液循环流化床高度、运行参数及参数组合的变化而发生改变;距液-液循环流化床底部0.50 m高度内首先发生颗粒的聚团流化,受颗粒相变程度影响,进而在流化床0.50 m高度以上形成颗粒的聚并、粘连和分散流化,但颗粒聚并形成更大颗粒的现象不可避免;液-液循环流化床的流化状态由弗劳德准则数判别,并与颗粒的流化特征相对应,其理想的流化状态——散式流化主要发生在分散液体流量较小、循环液体流速和温度较低的区域。

冻结与非冻结环境对液-液雾化影响的实验研究

水在低温冻结环境液体中雾化是液-液循环流化床制取流体冰技术的关键环节。今对常温非冻结环境或低温冻结环境中液-液雾化过程的射流与液滴形成特性进行了实验研究,提出了形成液滴的四种射流破碎方式,考察了冻结与非冻结环境中,滴流雾化向射流雾化转变的射流雷诺数,获得了射流雾化发生时随射流雷诺数的变化,射流破碎方式的转变规律、射流长度及其波动幅度与液滴平均粒径的变化规律。结果表明,射流液体在冻结或非冻结环境下雾化形成液滴的区域特性不一致,尤其是滴流雾化向射流雾化转变之后;射流液体在冻结环境中雾化只能形成单个液滴,其最小粒径的液滴形成在滴流向射流转变过程中,但是射流液体在非冻结环境下雾化可同时形成多个液滴,且形成液滴的粒径随射流雷诺数的增大而减小。

液-液雾化的射流特性与粒径分布

液滴的粒径分布是液-液循环流化床制取流体冰技术的关键因素之一。在流化床实验装置上,采用快速摄像与图像处理相结合的方法,研究低流速下液-液单孔雾化的射流及其对液滴粒径分布的影响,射流长度的变化和液滴的粒径分布运用数学统计的方法进行分析。研究结果发现,当射流速度大于1.14m/s时,开始出现射流;各个流速工况下射流长度的波动具有随机和非周期的特点,其均值与方差随射流速度增大的总体变化趋势是先增大后减小;转折点在射流速度为6.58m/s时,在射流长度波动的峰点处形成球形或锥形射流顶部是液滴的粒径具有大小差异及其运动路径发生摆动的主要原因;各流速工况下,液滴的粒径分布与Rosin-Rammler分布符合的很好;研究结果为液-液循环流化床实际运行时控制雾化形成液滴的粒径分布提供可靠依据。