異形噴嘴撞擊流混合器渦特性及混合性能數(shù)值模擬

張建偉, 劉廣奇, 馮 穎, 董 鑫

異形噴嘴撞擊流混合器渦特性及混合性能數(shù)值模擬

張建偉, 劉廣奇, 馮 穎, 董 鑫

(沈陽化工大學 機械與動力工程學院, 遼寧 沈陽 110142)

為了研究撞擊流混合器不同形狀噴嘴的流場渦特性及混合效果，利用數(shù)值模擬方法對不同工況下的流場進行分析，得到不同噴嘴撞擊流混合器的速度場、渦量場、渦結(jié)構(gòu)以及濃度變異系數(shù)的變化規(guī)律，揭示不同形狀噴嘴對撞擊流混合器混合效果的影響。結(jié)果表明：噴嘴出口截面為圓形、等邊三角形和正方形的撞擊流混合器軸向速度為“V”形分布；噴嘴截面為圓形和正方形的撞擊流混合器徑向速度為“M”形分布。等邊三角形截面噴嘴的撞擊流混合器產(chǎn)生的流向渦數(shù)量多、強度大并且產(chǎn)生的渦旋結(jié)構(gòu)的連續(xù)性更高，分布范圍更廣。相同工況下等邊三角形截面噴嘴的撞擊流混合器混合效果明顯優(yōu)于圓形噴嘴和正方形噴嘴混合器，最快達到混合均勻。

撞擊流混合器；數(shù)值模擬；噴嘴型式；渦特性；混合性能

1 前 言

撞擊流是由Elperin[1]在1961年提出的一種促進均相或非均相之間的混合過程強化技術(shù)，主要技術(shù)原理是通過2種或幾種等流量流體撞擊產(chǎn)生一個高度湍流的撞擊區(qū)進行熱質(zhì)傳遞的強化。近年來隨著眾多學者[2-5]研究的不斷深入，該技術(shù)憑借優(yōu)越的相間傳熱傳質(zhì)效率被廣泛地應(yīng)用于多種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。

目前關(guān)于撞擊流的研究主要集中在撞擊流流場的湍流特性和流體結(jié)構(gòu)上，如張建偉等[6]通過數(shù)值模擬和實驗等方法，發(fā)現(xiàn)撞擊流反應(yīng)器中的湍流流場存在大量不同尺度的渦旋結(jié)構(gòu)，而這些不同尺度的湍流渦結(jié)構(gòu)正是實現(xiàn)流體剪切、分散和均勻混合的主要原因。……