气淬作用下熔渣粒化机理及破碎效果分析

针对熔渣气淬粒化工艺,在实验的基础上开展了气淬作用下的熔渣粒化过程数值模拟.利用VOF模型追踪自由界面、Realizableκ-ε模型处理湍流流动.模拟得到了气淬熔渣粒化过程,并分析了熔渣破碎机理.进一步建立了无量纲数局部动量比,对熔渣的黏度及气渣局部动量比进行了影响因素分析.结果表明:熔渣存在两种破碎形式,一种为R-T不稳定性所产生的柱状破碎,主要由渣流迎风面和背风面存在的局部高压区所导致;另一种为K-H不稳定性主导的表面液膜破碎,其主要由气渣界面间的速度梯度所引起.熔渣黏度的增加会使熔渣的颗粒粒径增大,破碎效果降低;气渣局部动量比的增大增强了熔渣的表面液膜波动,使剥离的颗粒数量增多,破碎长度减小,熔渣破碎效果加强.

气淬粒化熔渣液膜破碎过程研究

采用计算流体力学的方法研究气淬粒化工艺中熔渣的粒化环节及其破碎机理,利用VOF模型追踪自由界面以及RNG K-epsilon模型描述湍流流动,对气淬作用下的熔渣粒化过程进行数值模拟,得到气淬熔渣粒化的液膜变化过程和气体流场分布,并分析局部动量比对熔渣破碎过程的影响。研究结果表明:熔渣射流在气淬作用下存在球孔状破碎和扁平状破碎2种破碎过程,气液界面间的速度梯度使K-H不稳定性产生,从而生成K-H表面波,这是发生扁平状液膜破碎的主要原因;气液界面间的压力梯度使R-T不稳定性产生,从而生成R-T表面波,这是发生球孔状液膜破碎的主要原因。当局部动量比较小时,K-H不稳定性的影响更大,增大局部动量比,K-H不稳定性的影响随之降低,R-T不稳定性的影响增强,球孔状液膜形成所需时间更短,熔渣破碎逐渐由R-T不稳定性占主导地位;增大局部动量比使R-T和K-H表面波波长均增大,使熔渣颗粒从液膜表面剥离和撕裂的难度增大,颗粒形成的频率降低,增加熔渣粒化的难度;增大局部动量比会让熔渣液膜破碎长度增大,使熔渣发生破碎的时间更晚,熔渣颗粒的飞行距离和换热时间变长。

液体射流在不均匀速度横流中的轨迹和穿透研究

实验研究了横流速度分布不均匀时液体射流的轨迹和穿透。利用多孔板实现速度分布不均匀,射流液体为水,用激光片光照相结合相位多普勒粒子分析仪进行研究。主要关注平均射流动量比、局部韦伯数和横流速度分布不均匀度等参数。不均匀横流对射流的影响主要体现为破碎模式沿射流流向的转变。提出表征射流受横流影响范围的无量纲数L,并构造常温常压下适用于不均匀度为−2~2且射流动量比为10~40的射流轨迹经验公式。以是否存在“初级抬升段”作为判定是否进行分段拟合的准则。对于不均匀度小于1,结合经验公式与不均匀度和L的线性函数图对射流轨迹进行预测;对于不均匀度大于1,以射流首次发展为复合式破碎的位置作为“抬升段”和“偏转段”的分界点对射流轨迹进行分段拟合。

非均匀速度来流条件下液体射流喷雾特性

实验研究了非均匀速度来流条件下液体横向射流喷雾特性。实验利用多孔板实现速度的不均匀,应用片光照相得到喷雾中心截面照片,使用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)测量液滴的直径和速度。实验结果表明:在非均匀速度来流中,射流的弯曲和破碎机理有所不同,导致穿透深度和雾化特性发生改变。与均匀速度来流相比,正速度梯度来流时射流穿透深度更大,液柱破碎高度增大,浓度场分布更加均匀,射流呈现平抛形态;负速度梯度时喷雾场整体内移,浓度场呈明显分层结构,射流尾迹区增长,射流为坍塌形态。初步提出适用于非均匀速度来流条件下的射流穿透深度经验公式。非均匀速度来流可以改善雾化及均匀度,其中负速度梯度来流时液雾的索太尔平均直径(SMD)最小。

气液针栓喷注单元雾化角模型

为了准确预测气液针栓喷注单元的雾化角,基于动量守恒建立了液束撞击气膜的雾化角理论模型,通过试验结果获得变形因子,并分析了结构参数和工况参数对雾化角的影响规律。结果表明:局部动量比对雾化角影响最大,其他结构参数和工况参数都是通过影响局部动量比而进一步决定雾化角;随着局部动量比增大,液束变形程度减小,液束变形导致有效撞击动量比小于几何动量比。根据试验结果分段给出了变形因子,当局部动量比范围为0~3时,变形因子推荐值为0.61,当局部动量比范围为3~4.5时,变形因子推荐值为0.70,当局部动量比范围为4.5~7.2时,变形因子推荐值为0.75,引入变形因子的理论预测值与试验结果吻合很好,该模型可为气液针栓喷注器的理论研究和工程设计提供参考。