水力噴射空氣旋流器中射—旋流耦合流場的模擬分析

邱發(fā)成，全學(xué)軍，徐 飛

（重慶理工大學(xué)，重慶 400054）

1 前言

水力噴射空氣旋流器（WSA）是一種新型高效的氣—液相間傳質(zhì)靜態(tài)超重力設(shè)備。目前，WSA在實(shí)際應(yīng)用上取得了較好的效果，如廢水脫氨、煙氣脫硫、含 Cr（VI）廢水的處理等方面［1～4］。前期研究完成了對WSA的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、射流流型的劃分與轉(zhuǎn)化、氣相壓降模擬與測定關(guān)聯(lián)、傳質(zhì)機(jī)理、以及射流—旋流流場模擬與射流霧化條件及機(jī)理等的研究［5～8］。事實(shí)上，射流在WSA內(nèi)的氣體旋流場中實(shí)現(xiàn)霧化以及霧滴的分離，其作用方式明顯區(qū)別于橫向氣流中的霧化［9］。然而，由于射—旋流耦合流場的復(fù)雜性以及實(shí)驗(yàn)測定條件的限制，使得對內(nèi)部流場分布的系統(tǒng)性研究出現(xiàn)困難［10］。為了深入認(rèn)識WSA中射流氣動霧化與液滴分離過程的影響因素及其機(jī)理，本文采用ANSYS Fluent 15.0軟件對水力噴射空氣旋流器中射—旋流耦合流場進(jìn)行數(shù)值模擬，考察耦合場內(nèi)切向、徑向和軸向速度分布情況，同時探究耦合場區(qū)域的湍動能變化規(guī)律。該研究結(jié)果可為WSA中射—旋流耦合場中射流霧化與液滴分離過程研究提供思路。

2 數(shù)值模擬

2.1 數(shù)學(xué)模型

水力噴射空氣旋流器內(nèi)部存在復(fù)雜旋轉(zhuǎn)流、局部回流等特征，其兩相流動界面表現(xiàn)出明顯的擬序結(jié)構(gòu)。因此，為了能夠精確地描述其內(nèi)部的湍流結(jié)構(gòu)和氣液兩相自由流動界面的變化情況，分別采用雷諾應(yīng)力模型（RSM）和Volume Of Fluid（VOF）模型對WSA內(nèi)流場等進(jìn)行數(shù)值模擬研究［11～15］。

2.2 數(shù)值模擬條件

水力噴射空氣旋流器的幾何模型與網(wǎng)格如圖1所示，具體幾何參數(shù)見表1。……