下喷式液气喷射器内流体力学的数值模拟

8 CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2011,21(2)

下喷式液气喷射器内流体力学的数值模拟

党慧丽* 杨雪峰

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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,混合管入口处的压力较低,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,喷射器与传统的设备相比具有传质效率高、结构简单和经济实用的优点。液气喷射器无运动部件,结构简单、工作

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可靠、安装方便,广泛应用于结晶、海水淡化

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器的结构参数和操作参数。

1 喷射器结构和数学模型

喷射器的结构示意见图1

。

和污染治理

[3]

等领域。

喷射器一般由喷嘴、吸入室、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)被抽入吸入室,两种流体在混合管混合后经扩压管压力得到回升。很多学者通过实验研究了喷射器的性能:[4]

Cramers研究了喷射器混合管长度对质量传递的影响;Kim研究了水平放置的喷射器中工作流体的体积流率、喷射高度、喷嘴直径对含气量的影

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响;Witte首次提出了混合波的概念。

随着计算流体力学

(ComputationalFluid

[7-11]

[5]

图1 喷射器结构示意图

喷射器基本几何尺寸为喷嘴直径DN=9mm,空气进口直径Dint=76mm,混合管直径DM=18mm,喷射器出口直径Dout=30mm,混合管长度LM=70mm,扩压管长度LF=200mm。为简化起见,本文采用2D模拟。取流体流动方向为x方向,引射流体入口段流速与喷嘴工作流体流速相比较小,故将引射流体的侧向入口简化为轴向环形入口(采用等面积原则),从而将喷射器的三维结构转化为二维轴对称模型

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DynamicsCFD)的发展,部分学者开始用CFD对射流器内部流场进行数值模拟和计算,研究液气喷射泵的内部流动情况,并取得了很好的效果:Kandakure

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首次对气液喷射器的动力特征进

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,采用结构网格进行划

行了模拟,并与BhutdaandPangarkar的实验进行对比,模拟结果比较合理;TonyUtomoandZhenhunJin

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分,网格数大约为47650,网格划分图形见图2

。

研究了气液喷射器几何参数对进出

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口压力和质量传递的影响;姚云等人对上喷式

图2 网格图形

喷射器的动力特点进行了模拟,并分析了与

Kandakure实验结果不同的原因。

本文的主要工作是用STAR CCM+模拟一定结构尺寸的下喷式喷射器内部的流场,并优化喷射

本文采用STAR CCM+软件包自带的Mixture多相流模型,模拟中气体设为理想气体,液体为常密度的水,湍流模型选择标准的 ~ 模型,壁

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党慧丽:四川大学化学工程专业在读硕士研究生。研究方向为传质与分离。联系电话:@163 com。

(028)85406869,E-mai:ldang hl

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