压力雾化喷嘴在受限空间气流中喷雾特性的实验研究.pdf

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1、第40卷第6期化工机械733压力雾化喷嘴在受限空间气流中喷雾特性的实验研究苏倩+郑闽锋陈泽全李学来(福州大学节能技术研究中心)摘要对出口直径为0．21、0．28、0．38、o．46mm的4种压力雾化喷嘴及其组合在150mm×150ram×l000ram的矩形通道中的喷雾流场进行了实验研究，矩形通道中的空气流速为10m／s。研究了喷嘴布王和组合方式对雾化流场的影响。实验结果表明：喷雾不碰壁距离随入射角的增大而增大；顺流喷雾比无气流时液滴的平均D。减小10％，粒径范围略有扩大；逆流喷雾比无气漉时液滴的平均D32增大

2、约70izm，粒径范围扩大了3—4倍；出口直径小的喷嘴可通过逆流布置和顺流布置的组合，获得液滴拉径分布范围更宽的气液两相流场。双喷嘴在有限空间内的雾化效果与流场中气液流量比有关。所得研究结论对天然气加湿技术的开发有一定参考价值。关键词喷雾喷嘴粒径分布受限空间天然气加湿中圈分类号TQ055．8+9文献标识码A文章编号0254-6094(2013)06-0733-06天然气作为一种高效、清洁的城市能源，在改善城市能源结构、减少碳排放方面具有重要作用，因而受到各国的高度重视。随着我国沿海各LNG接收站的相继建立及“西

3、气东输”工程的建成投运，使我国很多城市逐渐过渡到以天然气作为主要燃气⋯。以前我国大部分城市的燃气都是人工煤气，燃气管路以铸铁管网为主。人工煤气与天然气的含湿量不同，前者接近饱和而后者几乎为干气。因此，如果直接让处于干气状态的天然气长期在现有城市煤气铸铁管网中流动，会使铸铁管接口中的密封材料(麻丝或密封橡胶圈)干燥收缩、开裂，从而导致天然气泄漏。另外，由于以前铸铁管长期输送湿人工煤气，在管壁上粘附着一层焦油一固体粉尘膜，一旦干裂剥落，将随气体流动，造成管道和设备堵塞。因此如何改造原有城市燃气管网系统，使之适应输送

4、天然气，是城市天然气转换工程需要解决的首要问题。对天然气进行加湿处理，能有效防止铸铁管接口密封材料的收缩，减少接口的燃气泄漏，是一个投资少、上马快的天然气转换最佳过渡方法心一】。英国、德国等欧洲国家正是利用天然气加湿技术维持原有铸铁管网输送天然气几十年至今。天然气加湿有两种方法，向管道内加注水或油的蒸汽，或加注经过喷雾产生的细小颗粒”，。加注蒸汽通常需要加热，使得系统复杂、运行费用高，因而应用受限。喷雾加湿因系统简单、运行费用低而具有广泛应用前景。我国目前天然气喷雾加湿技术尚不成熟，在喷雾加湿机理和效果方面有待

5、深入研究。天然气喷雾加湿过程实际上是在有限空间中利用喷嘴向横向流动介质喷雾的过程。目前，有关在有限空间空气流中喷雾的研究很少。PhilipsJ等对弱横流条件下的横流与喷雾表现出的不同流动结构和相互作用机理进行了实验研究MJ。KachhwahaSS等通过风洞中的离心喷雾实验，得到喷嘴和横流同轴时，顺流和逆流两种情况下液滴的运动和蒸发特性¨’8】。EletribiS使用PDPA测量横流中心截面上的喷雾液滴和速度分布，研·苏倩，女，1989年2月生，硕士研究生。福建省福州市，350108。734化工机械2013年究液

6、滴在横流中的扩散一】。然而，对于有限空间气流中喷嘴雾化颗粒直径分布及其影响因素、雾化流场与壁面的相互作用以及有限空间气流中组合喷嘴的雾化效果等问题的研究尚未见到报道。这些问题的解决不仅对天然气喷雾加湿技术的研究有重要意义，而且对类似问题如汽轮机除湿、各类蒸汽过流设备的性能研究和检定的研究也有一定的参考价值。1实验装置与测量方法实验采用液压雾化喷嘴，喷孔口径d有O．2l、o．28、0．38、0．46ram4种型号，它们的流量代码分别为0．5、1．0、2．0、3．0(下文均用流量代码表示喷嘴)。实验装置如图1所示，

7、利用电动机带动柱塞泵给喷嘴提供压力进行喷雾，将喷嘴置于矩形玻璃通道内，布置方式如图2所示，喷嘴出口处设为坐标0点，气流方向为石轴正方向。用轴流风机从矩形通道一端送风，经整流后形成风速为lOm／s的空气流。为了研究横流流场对喷嘴雾化流场的影响规律，确定喷嘴出口至距离喷嘴出口11cm内的通道为实验测量段，因为该区域内喷嘴的出口射流速度较快，喷嘴雾化流场与通道内的横流流场相互作用较为显著。在实验测量段使用LS-2000分体式激光喷雾粒度分析仪测量喷嘴出口不同距离处截面的喷雾液滴索泰尔平均粒径D，：和截面粒径分布。为防

8、止玻璃壁面阻挡激光穿射而对测量产生影响，在玻璃壁面的实验区域段打孔使激光束通过。玻璃矩形通道(图3)的尺寸规格为150mm×150ram×1000mm。图1喷雾实验装置示意图l——变频器；2——电动机；3——柱塞泵；4——阀门；5——激光接收端；6——矩形玻璃通道；8——喷嘴；10——轴流风机；7——激光发射端；9--整流段；1l——储水罐I．．．．．．．．．．．．．．．．．．Dx激光