环状流射流管2侧壁上的蜂窝状孔的孔径为 200 μ m〇
[0025] 进一步地，环状流射流管2在气液混合器3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；
[0026] 环状流射流管2在气液混合器3处的下游为环状流发展段，其长度Z按照下式计 算：
[0028] 其中，vg为环状流表观气速，m/s ;v :为环状流表观液速，m/s。
[0029] 为了对本发明进一步了解，现对其原理做一说明。
[0030] 本发明一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，包括气液两相环状流射 流的组织方案以及射流参数选取方法。
[0031] 1、气液两相环状流射流组织方案
[0032] 1)射流掺混系统中既存在液体射流同时又存在气体射流的情况，此时可以选择合 适的气液流量参数和管道尺寸，将射流气体工质和液体工质混合在管道内形成气液两相环 状流射流，进而与主流进行掺混；
[0033] 2)高温环境掺混系统中，通常冷却液体工质在流动过程中吸热气化，在喷口变成 气体射流然后对高温主流进行降温。当对降温有更高要求时，此时可以适当加大液体工质 流量，使其在流动中不完全气化，在喷口上游形成气液两相环状流射流与高温主流气体进 行掺混，从而改善主流降温效果。
[0034] 2、气液两相环状流射流参数选取方法
[0035] 1)管壁绝热条件
[0036] 管壁绝热条件下，管内流体不与外界传热，气液份额保持恒定。为了在管道内实现 稳定气液两相环状流，首先需要对气体和液体流量、管道直径、压力等参数进行合理匹配， 首先根据Hewitt-Roberts流型图选取各参数取值范围。在参数范围选定情况下，为了使管 内气液流动尽快转变为环状流，可以在主管道前端设计合适的气液混合结构，如图2所示， 气液分别从不同入口进入主管道，在较短距离内就可以实现稳定环状流状态。
[0037] 2)高温吸热条件
[0038] 在高温环境中，管内液体工质在流动中通过管壁吸收外部热量。在吸热量足够大 时，管内流体流动状态会出现以下过程：单相过冷液体一〉泡状流一〉弹状流一〉搅拌流一 >环状流一〉干涸（高温蒸汽）。为了实现管道出口为环状流，需要对管内流体进行热力计 算，方法如下：
[0039] 当液体流量确定时，首先对管径进行预选，然后根据环状流干涸点预测方法，判断 在要求的管道长度出口是否为环状流，若是，则说明所选管径是合理的；若不是，则要改变 管径尺寸再进行计算，直到在管道出口为环状流状态为止。当管径确定而流量未知时，也可 以根据上述方法对流量进行确定。
[0040] 3)参数优化
[0041] 横向气流与环状流射流相互作用过程中，流动参数不同，环状流射流液膜的雾化 效果也会有很大差别。而实际掺混过程中往往对射流雾化效果有要求，因此需要对射流参 数进行合理选取。通常情况下，主流速度和射流气液流量是确定的，此时应当首先确定实现 环状流状态的管径大致范围。另外，根据申请人实验结果发现，当管内表观气速越高，射流 雾化效果越好，但同时其贯穿深度也会增加，此时应同时考虑射流雾化粒径和贯穿深度要 求，逐步缩小管径范围，以获得合适的雾化效果，进而确定管径及长度尺寸。
[0042] 实施例：
[0043] 主流管道的内腔为矩形腔，其横截面尺寸为180X 180mm，主流气体由空压机提供， 实验中速度范围为2-14. 5m/s。环状流射流管的内径为10_，长度1. 5m，气体和液体通过气 液混合器（环状流发生装置，结构呈壁面布满小孔的蜂窝状，小孔直径为200um)进入环状 流射流管形成气液两相环状流射流。其中气体工质流量范围5. 65-19. 78m3/h (折合表观气 速范围约为20-70m/s)，液体工质流量范围14-114kg/h (折合表观液速范围约为7-12. 7m/ s)。采用相机拍摄射流雾化过程及雾化结构，采用马尔文粒度仪测量射流雾化液滴群的粒 径。
[0044] 如图3所示，图3为实验获得的气液两相环状流射流在主流气体（速度为14m/ s)作用下的雾化效果图，其中雾化液滴平均雾化粒径在图3(a)至图3(e)分别为330 μπκ 258 μ m、110 μ m、85 μ m以及57 μ m。从图中可以看出，在主流气体作用下，气液两相环状流 射流可以实现较好的破碎与雾化，且主流气体表观气速越大，气液两相环状流射流雾化效 果越好。
[0045] 根据实验可以发现，选取不同的射流参数，可以获得不同的雾化效果。因此，在实 际掺混组织过程中，可以根据所需要的雾化粒径、雾化贯穿深度等要求，对环状流射流各参 数进行选取。
[0046] 综上所述，本发明实现了预期的目标，提出的气液两相环状流射流与主流气体的 掺混装置可以用于实际相关设备中的掺混过程。
【主权项】
1. 一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，其特征在于：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);其中， 在环状流射流管（2)的上游周向设置有气液混合器（3)，气液混合器（3)的液体工质 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)〇2. 根据权利要求1所述的一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，其特征在 于：环状流射流管（2)竖直布置，开口向上并垂直于主流管道（1)。3. 根据权利要求1所述的一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，其特征在 于：气液混合器（3)与环状流射流管（2)同轴布置。4. 根据权利要求1所述的一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，其特征在 于：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°。5. 根据权利要求1所述的一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，其特征在 于：开设在环状流射流管（2)侧壁上的蜂窝状孔的孔径小于1_，蜂窝结构长度大于5倍的 环状流射流管（2)内径。6. 根据权利要求1或4所述的一种气液两相环状流射流与主流气体的掺混装置，其特 征在于：环状流射流管（2)在气液混合器（3)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； 环状流射流管（2)在气液混合器（3)处的下游为环状流发展段，其长度Z按照下式计 算：其中，vg为环状流表观气速，m/s ;v :为环状流表观液速，m/s。
【专利摘要】本发明公开了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，在环状流射流管的上游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，并在环状流射流管内壁上形成液膜，气液两相环状流射流与主流管道内的主流气体掺混后完成雾化形成雾化液滴群。本发明在射流掺混过程中，利用气液两相环状流射流与主流气体相互作用，气液两相环状流射流可以实现较好的雾化效果，进而实现气液两相环状流射流与主流气体之间良好的掺混。
【IPC分类】B05B7/04
【公开号】CN105268569
【申请号】CN201510765330
【发明人】张海滨, 白博峰, 赵中闯
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月11日