下喷式液气喷射器内流体力学数值模拟.pdf

8 CHEMICALENGINEERD GDESIGN 下喷式液气喷射器 内流体力学的数值模拟 党慧丽 杨雪峰一 陈韶华 四川大学化学工程学院 成都 610064 摘要 本文用STAR—CCM+软件研究下喷式液气喷射器内的流体力学。结果表明，混合管直径一定，随 面积 比的增加 ，混合管入口的压力先增高后减低，空气抽吸量存在一个最大值，此时对应面积比约为4。在模拟 的喉径比范围内，混合管人 口处的压力较低 ，但存在一个最大的压力降，对应喉管长度为0，空气抽吸量随喉径 比而变，也存在一个最大值。喷射器结构参数一定，空气抽吸量和混合管压力降随喷嘴速度的增高而增加。 关键词 液气喷射器 数值计算 STAR—CCM+ 作为一种气液传质设备，喷射器与传统的设 器的结构参数和操作参数。 备相比具有传质效率高、结构简单和经济实用的 1 喷射器结构和数学模型 优点。液气喷射器无运动部件，结构简单、工作 可靠、安装方便，广泛应用于结 晶¨J、海水淡 喷射器的结构示意见图1。 化 和污染治理 等领域。 喷射器一般由喷嘴、吸人室、混合管、扩压 管组成。流体从喷嘴高速喷射，由于在喉管部分 直径突然缩小，使得流体速度变高，压力变低， 从而使引射流体 (特别是气体)被抽人吸人室， Dout．喷射器出13 LM．混合管长度 LF．扩压管长度 两种流体在t昆合管混合后经扩压管压力得到回升。 图1 喷射器结构示意图 很多学者通过实验研究了喷射器的性能：Cra— 喷射器基本几何尺寸为喷嘴直径 D =9mm， m ers-4研究了喷射器混合管长度对质量传递的影 空气进 口直径 D =76mm，混合管直径 D = 响；Kim 研究了水平放置的喷射器中工作流体的 18ram，喷射器出口直径 D =30mm，混合管长度 体积流率、喷射高度、喷嘴直径对含气量的影响； L =70mm，扩压管长度 L =200mm。为简化起 Witte 首次提出了混合波的概念。 见，本文采用2D模拟。取流体流动方 向为x方 随着计算流体力学 (ComputationalFluidDy— 向，引射流体入1：1段流速与喷嘴工作流体流速相比 namicsCFD)的发展，部分学者开始用 CFD对射 较小，故将引射流体的侧向人El简化为轴向环形人 流器内部流场进行数值模拟和计算 卜”】，研究液 El(采用等面积原则)，从而将喷射器的三维结构 气喷射泵的内部流动情况，并取得了很好的效果： 转化为二维轴对称模型_】，采用结构网格进行划 Kandakure¨首次对气液喷射器的动力特征进行了 分，网格数大约为47650，网格划分图形见图2。 模拟，并与BhutdaandPangarkar1【3]的实验进行对 比，模拟结果比较合理；TonyUtomoandZhenhun Jin 研究了气液喷射器几何参数对进出口压力和 L一 蓉 质量传递的影响；姚云¨等人对上喷式喷射器的 31 动力特点进行了模拟，并分析了与 Kandakure实验 结果不同的原因。