气-液分离器中液滴碰壁反弹系数的研究.pdf

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1、矿业工程第11卷第6期50MiningEngineering2013年l2月气一液分离器中液滴碰壁反弹系数的研究柳姗幸福堂(武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉430081)摘要：概述了影响气一液分离器中液滴碰壁行为的因素，分析了气一液分离器内部流场模拟时，液滴碰壁反弹系数选取应考虑的因素，为提高数值模拟的准确度提供了一定的帮助。关键词：气一液分离器；数值模拟；液滴碰壁；反弹系数中图分类号：TQ051．8文献标识码：A文章编号：1671—8550(2013)06—0050—03通常主要由以下3个参数来描述液滴

2、碰撞壁面0引言行为的影响因素。旋风式气一液分离器里是一个典型的气液两相——碰撞韦伯数W，为惯性力与表面张力之流流场，运用数值模拟软件CFX可以很直观的展比：示出分离器内部流场的变化情况，且能对分离器的W一：分离效率进行预测。采用双流体模型，对旋风式气一液分离器的数值模拟过程中，发现液滴与壁面碰式中．0——液滴密度；——液滴撞击壁面时的方向速度；d。——碰撞前液滴的直径；——表面张撞的反弹系数的选取直接关系到气一液分离器效率力。的预测。当设置不同的反弹系数时，模拟的结果相差很大，反弹系数设置较大值，分离器效率低；反

3、——液体雷诺数：R一弹系数设置较小值，分离器效率高。在以往的研究——昂色格数。中，大多假设液滴碰到壁面即被捕集，即液滴的反1．1液滴性质弹系数为0，在这一假设下模拟出来的分离器效率1．1．1物理性质均比实际结果明显偏大。由于液滴不同于粉尘或其液滴性质包括液滴的密度、尺寸、粘性、表面他刚性的颗粒碰壁后完全反弹的情况，液滴碰到壁张力等。研究发现，这些性质均会对液滴碰撞壁面面后可能发生聚合、反弹、破碎等多种行为，这些后的结果产生影响。研究发现，如果液滴尺寸越行为的发生直接影响着分离器的分离效果。所以，大，在与壁面发生碰

4、撞后更易破碎。液滴性质对对液滴碰壁反弹系数的选取是一个值得研究的课碰壁结果的影响可以通过韦伯数表现出来。若w题。较小，即液滴碰撞壁面的动能不能克服表面能的作1液滴碰壁的影响因素用而发生变形，液滴会在壁面形成黏附现象；当w增大，液滴动能变大，液滴在碰到壁面后将发液滴以不同的动量与壁面发生碰撞，产生的结生变形，如果动能没有达到一定的程度，液滴的表果比较复杂，碰撞动能较低时，液滴会在壁面上产面能将使变形后的液滴恢复成球形进而发生反弹。生沉积现象而形成液膜；当碰撞动能增加时，可能当液滴动能继续增加，液滴碰撞壁面后发生严重

5、变会发生反弹、反弹破碎、破碎；当动能增大到一定形，其本身的表面能不足以使变形后的液滴离开壁程度时，还会发生冠状飞溅现象l_】]。对于液滴碰面，液滴将在球形状态下被拉伸，在壁面铺展形成壁结果，影响因素非常复杂，主要包括入射液滴的液膜。当液滴的动能增大到一定程度后，由于液滴性质、表面特性等。发生了变形，边缘的部分将在动能的作用下克服表面张力而离开壁面，形成细小的液滴，产生飞溅现收稿日期：2013—07—09作者简介：柳姗(1988一)，女(汉族)，湖北宜昌人，武汉科技象。对于同一种液体的不同直径的液滴，可以用昂大学在

6、读研究生，主要研究方向为大气污染控制工程。色格数来判断液滴的碰壁结果。在相同雷诺数下，2013年第6期柳姗等气一液分离器中液滴碰壁反弹系数的研究51液滴尺寸越大，昂色格数越小，液滴更容易发生聚权生林等Ig]研究了壁面弹性对水滴撞击后形态合。所以大尺寸的液滴比小尺寸的液滴更易发生聚的影响。在不同韦伯数下，采用相同直径的水滴分合而在壁面沉积。别对不锈钢和石蜡表面进行撞击实验，通过观察结1．1．2运动参数果得知，壁面的弹性越大，水滴撞击后越容易出现液滴的运动参数包括速度和入射角度。众多研反弹现象。壁面弹性较小时，在低韦

7、伯数的条件下究表明，液滴碰壁的速度越大，动能越大，动能相发生沉积现象，当韦伯数增加时，液滴发生破碎；比表面能越大，因而液滴更容易发生变形导致破壁面弹性大时，即使韦伯数很小，也发生了部分反碎。弹现象，随着韦伯数的增加，反弹的部分逐渐增熊红兵等[4采用无网格的SPH方法计算了不大，直至液滴完全反弹离开壁面。同入射角下的液滴动能和表面能的变化。Eli1．2．4壁面结构尺寸Ruckenstein和GershO．BerimL5在对微米级液滴刘红等L1叫在对单液滴碰撞不同尺寸等温壁面碰撞壁面过程的研究中，也讨论了入射角度对碰

8、壁过程时发现，壁面结构尺寸对液滴碰撞行为的影响后液滴的行为的影响。研究发现，入射角越大，液非常大，液滴碰撞不同尺寸的壁面，会在壁面形成滴碰到壁面后变形越厉害，液滴碰到壁面后损失的一层液膜，当壁面宽度较小，液滴初始动能较大动能越小，表面张力相比动能也越小，从而表面能时，液膜铺展至壁面之外，形成空间液膜，并进而无法克服动能而阻止液滴变形，更易发生反弹和破发生飞溅破碎；液滴初始