喷射式热交换装置中多相流动的实验研究.pdf

LiaoningEconomy 喷射式热交换装置中 多相流动的实验研究 ◎张 达 [内容提要] 基于汽一水多相流喷射式热交换装置在供热系统中的应用背景，搭建喷射式热交换装置的实验平台，优化设计汽一水喷射式 热交换装置的几何尺寸。通过采用高速显微摄影可视化技术观测多相流装置中的流动状态，测量流动过程的压力、温度、流量等热力参数， 掌握多相流喷射式热交换装置的工作机理。针对供热系统中参数的不稳定性等因素，完成热交换装置及供热系统的优化设计。 [关键词] 多相流 喷射 实验 一 、 引言 热器出口不具有升压作用。而射汽带水喷射式换热装 在蒸汽供热的采暖系统中，供热过程是利用蒸汽锅 置除了混合加热，还具有升压作用，不仅可以代替表面 炉生产出蒸汽，通过换热装置进行汽-水换热，制取高温 式汽水两相换热器，还可以代替循环水泵驱动系统运 热水后送入热网，以热水的形式输送至热用户。对于这 行，起到节煤、节电、节省设备投资等作用。 种供热方式，汽一水换热装置就成为整个系统制备热水 多相流非常广泛的存在于航空航天、电力、化工、制 的关键设备。传统的汽一水换热方式多采用表面式间接 冷、供热及核工业等领域中。近年来，随着对于环境保 换热，以采用板式汽一水换热器或管壳式汽一水换热器作 护和可持续发展的关注，以利用低温、低压热源的多相 为加热水的换热设备者居多，但是多相流喷射式热交换 流喷射式热交换装置因其高效的传热和传质特I生，换热 装置相比表面式汽一水换热器具有更大的使用优势。 系数大，换热效率接近百分之百，具有升压特I生等优点， 喷射式热交换装置是射流技术在传热领域的应用， 受到越来越多的关注和研究。但在工程实践中，喷射式 它是通过汽、水两相流体的直接混合来生产热水的设 热交换装置暴露出运行不稳定、噪声大、动态调节性能 备。多相流喷射式热交换装置具有转换效率高、体积 差、设计I生能与实际性能不一致等技术难点，制约了喷 小、噪音低、安装简单、运行可靠、使用寿命长等优点。 射式热交换技术的推广和应用。因此，开展针对喷射式 大量实践证明，多相流喷射式热交换装置的使用性能在 热交换装置内部多相流动的实验研究，掌握装置内部多 多方面超过传统的表面式换热器。除了上述优点以外， 相流混合流动与换热机理具有重要意义。 该装置还具有节能的作用。 二、喷：射式热交换装置原理 喷射式换热器按照驱动介质不同分为射水带汽式 多相流超音速喷射式热交换技术是采用拉法尔原 和射汽带水式两种。射水带汽式是指通过喷嘴射流，蒸 理，利用处于临界温度、临界压强以及临界速度状态下 汽作为被引射流体；射汽带水式是指蒸汽通过喷嘴射 的蒸汽为热源，通过喷射、压缩及扩散等过程，将具有一 流，水作为被引射流体。在热水供暖系统中，采用射水 定容积比的蒸汽与水的混合物在混合室直接混合，形成 带汽喷射式换热装置可以代替表面式换热器，利用水的 单相热水，其流动速度完成向超音速的转变；在扩压室 引射作用与蒸汽直接混合，热能利用率相对较高，但换 热水流速逐渐减缓，压力剧烈增大，产生压力激波，换热 效率接近百分之百，推动流体运动。喷射式热交换装置 注 ：本 文系 国家 国际科技合作专项 资助 (项 目编号 ： 2013DFR60310) 的示意图(见图1)，通常分为喷嘴、吸人室、混合室和扩 84