一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种优化气液射流掺混组织技术，具体涉及一种气液两相环状流射流 与主流气体的掺混装置。
【背景技术】：
[0002] 液体射流与气流的掺混是一种强化多相流动与传热的重要方式，在民用及国防等 领域具有重大应用需求。射流与主流体相互作用，诱发流场出现多尺度复杂旋涡结构，利用 流体间的卷吸与夹带，促使组分与热量的混合，以达到均匀混合的目的。如能源动力工程领 域常见的燃烧技术，借助射流使燃料和氧化剂（如空气）充分混合，提高燃烧效率；又如化 工领域常见的化学反应技术，常采用射流加料方式促使不同流体迅速均匀混合，改善反应 器性能。射流工质与主流掺混过程的合理组织对实现系统及设备的优化及高效运行至关重 要。
[0003] 在射流掺混系统中，最常见的液体射流形式主要有平面液膜射流、圆柱形液体射 流、圆环液体射流等。国内外针对不同射流形式开展了大量的研究，如射流的破碎与雾化机 理、液滴群扩散规律、流场流动与传热特性等。为了促进液体射流的雾化，提出了气助式雾 化射流，即通过引入空气来促进液体的破碎与雾化，如鼓风式、鼓泡式射流，这种射流形式 通常需要气路和液路两套流体供应系统。由于气液两相流存在多种流型，以及流动状态的 复杂性，目前国内外尚未发现气液两相流射流形式。为了便于控制，在实际掺混过程中，气 体射流和液体射流通常采用两套供应系统分别引入掺混系统，这给系统设备的紧凑型设计 和经济性都带来了很大局限。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种气液两相环状流射流与主流 气体的掺混装置。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现的：
[0006] -种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，包括主流管道以及与主流管道 的侧壁相连通的环状流射流管；其中，在环状流射流管的周向设置有气液混合器，气液混合 器的入口与开设在环状流射流管侧壁上蜂窝状孔相连通；使用时，液体工质进入气液混合 器然后经蜂窝状孔进入环状流射流管，与环状流射流管内的气体工质混合后形成气液两相 环状流射流，并在环状流射流管内壁上形成环状流液膜，气液两相环状流射流与主流管道 内的主流气体混合后完成雾化形成雾化液滴群。
[0007] 本发明进一步的改进在于：环状流射流管竖直布置，开口向上并垂直于主流管道。
[0008] 本发明进一步的改进在于：气液混合器与环状流射流管同轴布置。
[0009] 本发明进一步的改进在于：开设在环状流射流管侧壁上的蜂窝状孔孔道方向与环 状流射流管轴向方向之间设有夹角，两者之间夹角范围为30° -60°。
[0010] 本发明进一步的改进在于：开设在环状流射流管侧壁上的蜂窝状孔的孔径为 200 μ m。本发明进一步的改进在于：环状流射流管在气液混合器处的上游为气流发展段，其 长度Y多17D，其中，D为环状流射流管的内径；
[0011] 环状流射流管在气液混合器处的下游为环状流发展段，其长度Z按照下式计算：
[0013] 其中，vg为环状流表观气速，m/s ;v :为环状流表观液速，m/s。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0015] 本发明通过分析不同流型的气液两相流流动特性，结合机理实验验证，提出了一 种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置。本发明利用气液两相环状流射流与主流气 体相互作用，可以实现两者较好的掺混，原因在于：在气液两相环状流射流出口之前，管内 环状流壁面液膜受到高速气流剪切作用产生剧烈的波动及液滴夹带，气液两相环状流射流 进入主流气体环境中，环状流液膜受到内部同向剪切气流和外部切向气流的共同作用，两 股交错气流作用于环状流液膜内外表面，气液间动量交换极大地增强了环状流液膜的不稳 定性，加剧了环状流液膜的破碎与雾化，增强了与主流气体的掺混。
[0016] 本发明在国防及工业领域具有重要的应用前景，如氢氧能源发动机中冷却工质与 高温燃气间的掺混，采用气液两相环状流射流进水方式将比采用蒸汽射流和液体射流两路 进水更能强化工质与燃气间的传热传质，同时也使流体供应系统由气、液两套简化为一套。 流体供应系统的简化可以减轻发动机重量，缩小发动机体积，国防意义重大。在湿化燃气轮 机循环系统中，燃气加湿和排气余热利用是其中的关键问题。目前多采用直接注水，直接注 蒸汽或采用湿化器等加湿方式，并在系统中设置回热器。若利用燃气透平出来的部分高温 气体直接与水混合产生气液环状流射流来对燃气进行加湿，或替代二次冷却空气对燃烧室 出来的高温燃气进行掺混以增加工质，不仅有效利用了透平排气和排气余热，大幅度减少 冷空气使用量，同时也将透平排气纳入系统循环之中，将显著降低压气机能耗、提高燃气轮 机效率。
【附图说明】：
[0017] 图1为本发明一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置的结构示意图；
[0018] 图2为本发明气液两相环状流射流的形成效果图；
[0019] 图3为气液两相环状流射流在主流气体作用下的雾化效果图，其中，图3(a)为气 体工质流量mg= 5. 65m 3/h及液体工质流量mi= 14kg/h时的雾化效果图，图3 (b)为气体 工质流量mg= 8. 48m 3/h及液体工质流量mi= 14kg/h时的雾化效果图，图3 (c)为气体工 质流量mg= 14. lm3/h及液体工质流量叫二28kg/h时的雾化效果图，图3(d)为气体工质 流量mg= 16. 9m3/h及液体工质流量叫二56kg/h时的雾化效果图，图3(e)为气体工质流 量mg= 19. 6m 3/h及液体工质流量mi= 56kg/h时的雾化效果图。
[0020] 图中表示为：1为主流管道，2为环状流射流管，3为气液混合器，4为液体工质，5 为气体工质，6为环状流液膜，7为主流气体，8为气液两相环状流射流，9为雾化液滴群。
【具体实施方式】：
[0021] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
[0022] 如图1和图2所示，本发明一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，包括 主流管道1以及与主流管道1的侧壁相连通的环状流射流管2,且环状流射流管2垂直于主 流管道1 ;其中，在环状流射流管2的周向设置有气液混合器3,气液混合器3的入口与开设 在环状流射流管2侧壁上蜂窝状孔相连通；使用时，液体工质4进入气液混合器3然后经蜂 窝状孔进入环状流射流管2,与环状流射流管2内的气体工质5混合后形成气液两相环状流 射流8,并在环状流射流管2内壁上形成环状流液膜6,气液两相环状流射流8与主流管道 1内的主流气体7混合后完成雾化形成雾化液滴群9。此外，环状流射流管2竖直布置，开 口向上并垂直于主流管道1，且有气液混合器3与环状流射流管2同轴布置，该布置方式有 利于气液混合器3中的液体在周向方向上均匀进入环状流射流管2,有利于环状流射流管2 内壁液膜的均匀分布。优选的，开设在环状流射流管2侧壁上的蜂窝状孔孔道方向与环状 流射流管2轴向方向之间设有夹角，且两者之间的夹角范围为30° -60°，该设计方式有利 于促进从蜂窝状孔出来的液体在环状流射流管2内壁更快地形成液膜结构，且有开设在环 状流射流管2侧壁上的蜂窝状孔的孔径小于1mm，蜂窝结构长度大于5倍的环状流射流管2 内径。以及，环状流射流管2的出口位置距离主流管道1入口的长度大于等于17倍主流管 道1的水力直径。
[0023] 其中，液体工质4的流量为14-114kg/h，气体工质5的流量为5. 65-19. 78m3/h，主 流气体7的流速为2-14. 5m/s。
[0024] 上述主流管道1的内腔为方形腔，其横截面尺寸为180mmX 180mm。上述环状流射 流管2的内径为10mm，其长度为1. 5m。开设在