非等温液-液对置撞击面温度分布均匀性

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0521

摘要/Abstract

摘要：

对不同条件下非等温过程液-液对置撞击后形成的气液混合撞击面的温度分布均匀性进行了研究。以温度不均匀系数和撞击面温度分布作为评价标准，利用Mixture模型数值模拟撞击过程，并基于平面激光诱导荧光（PLIF）技术进行可视化测量实验验证计算模型。通过对不同的喷嘴出口速度（v）、喷嘴对置间距（L）以及湍动能等条件下撞击面温度分布进行研究。结果表明，喷嘴直径和喷嘴对置间距一定时，增加喷嘴的出口流速，则温度不均匀系数整体呈下降趋势；喷嘴直径和喷嘴出口流速一定时，非等温液-液对置撞击后形成区域温度场分布随喷嘴间距的增加，其温度分布区间呈减小趋势。L=3D时，温度的分布区间最小，温度场分布最均匀。湍动能的分布曲线越平稳，液-液对置撞击后形成的气液混合撞击面的温度分布越均匀。

关键词: 撞击流, 多相流动, 传热特性, 温度不均匀系数, 温度场

Abstract:

The temperature distribution uniformity of impact surface formed by non-isothermal liquid-liquid impinging process was studied in this paper. Taking temperature unevenness coefficient and temperature distribution as the evaluation criterion, the impinging process was numerically simulated by using the mixture model. The numerical results were verified by the visualization experiments based on the technology of PLIF(planar laser induced fluorescence). Temperature distribution of the impact surface was studied by different velocities(v), nozzles distance(L) and turbulent kinetic energy. The results showed that temperature unevenness coefficient will decrease with the increase of velocity when the diameter and nozzels distance were fixed. Temperature distribution of impact surface decreases with the increase of nozzles distance when the nozzle diameter and velocity are constant. Temperature distribution interval is the smallest when L=3D, and the uniformity is the best. The more stable the distribution curve of turbulent kinetic energy is, the more uniformity temperature distribution of the impact surface is.

Key words: impinging flow, multiphase flow, heat transfer characteristics, temperature unevenness coefficient, temperature field

中图分类号:

O359

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图/表 15

图1 撞击流反应器物理模型

图2 网格无关性检验

表1 模拟计算中工况对应参数

工况	喷嘴直径D /mm	喷嘴对置间距L/mm	喷嘴出口流速 /m·s^-1	喷嘴出口流量 /L·h^-1
1	8	3D	4.976	900
			5.530	1000
			6.080	1100
			6.635	1200
2	8	2D，3D，4D，5D	4.976	900
			5.530	1000
			6.080	1100
			6.635	1200
3	8	2D，3D，4D，5D	6.080	1100

图3 实验系统图1—撞击流反应器；2—计算机；3—高速摄像机；4—平面连续激光器；5—低温荧光剂溶液槽；6—高温荧光剂溶液槽；7—水泵；8—转子流量计；9—恒温加热器；10—对置喷管

图4 荧光剂荧光强度与温度的关系

图5 撞击区域试验伪彩图与数据点选取示意图

表2 实验值与模拟计算值对比

不同出口流速/m·s^-1	温度实验值/K	温度模拟计算值/K	相对误差/%
1.659	311.3	315.8	1.42
2.212	314.1	319.1	1.57
2.765	317.0	321.4	1.37
3.317	316.3	320.3	1.25
3.870	320.8	323.8	0.93
4.423	321.3	324.3	0.93
4.976	321.8	325.0	0.99
5.530	321.9	325.1	0.98
6.080	321.9	325.1	0.98
6.635	321.5	325.2	1.14

图6 不同喷嘴出口速度时的温度不均匀系数

图7 不同速度下的撞击面温度分布

图8 不同速度下径向温度分布

图9 不同速度下轴向温度分布

图10 不同对置间距时的温度不均匀系数

图11 不同喷嘴对置间距时的温度分布

图12 湍动能与温度不均匀系数的分布

图13 湍动能与温度的分布

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