張建偉, 王諾成, 馮 穎, 張學(xué)良

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基于PLIF的水平三向撞擊流徑向流型的研究

張建偉, 王諾成, 馮 穎, 張學(xué)良

(沈陽化工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110142)

利用平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)(PLIF)測量了水平三向撞擊流反應(yīng)器內(nèi)液體混合時變化的二維濃度場，發(fā)現(xiàn)了其內(nèi)部存在兩種不同的徑向流型：漏斗徑向射流和自由徑向射流。借助徑向射流偏轉(zhuǎn)角對兩種流型的變化規(guī)律進行了探索，實驗結(jié)果表明等效噴嘴間距*= 1時，偏轉(zhuǎn)角變化范圍Δ很??；*增大到2時，Δ急劇增大，出現(xiàn)峰值。當(dāng)*繼續(xù)增大到3、4和5時，Δ略微下降，最終趨于穩(wěn)定。流速的變化對Δ的影響較小。小噴嘴直徑工況下，最佳噴嘴間距為*= 2或*= 3；中等噴嘴直徑工況下，最佳噴嘴間距為*= 2。通過計算離析度IOS得到完全混合所需時間，發(fā)現(xiàn)Δ越大，混合所需時間越短，混合效果越好。

水平三向撞擊；平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)；徑向射流偏轉(zhuǎn)角；濃度場

1 引 言

前蘇聯(lián)Elperin和以色列Tamir等[1,2]在理論和實際應(yīng)用上的大量研究說明，撞擊流技術(shù)可以大幅度提高相間傳遞系數(shù)，實現(xiàn)雙多相流體快速高效的微觀混合[3~5]，混合效率高。撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的速度場[6,7]、濃度場包含了豐富的動態(tài)信息，劉海峰等[8]研究撞擊流徑向射流的流動特征時用噴嘴間距作為長度比尺，發(fā)現(xiàn)速度分布具有相似性。Rew等[9]研究了兩股彎曲壁面撞擊流的徑向射流，發(fā)現(xiàn)撞擊流徑向射流擴展率為0.15。Kostiuk等[10]、Rolon等[11]和Korusoy等[12]的實驗研究表明，撞擊流徑向射流在撞擊區(qū)附近呈直線形式分布。李偉鋒等[13]發(fā)現(xiàn)撞擊流徑向射流的擴展角比自由徑向射流大，表明撞擊流徑向射流發(fā)展更快。

平面激光誘導(dǎo)熒光(Planar Laser Induced Fluorescence，PLIF)技術(shù)[14~17]是化工領(lǐng)域研究傳熱、傳質(zhì)過程的高級測試技術(shù)。PLIF作為新型無干擾流場測試技術(shù)可以定量地測量液相流場中的濃度、溫度等信息。本文利用PLIF技術(shù)采集了水平三向撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的濃度場信號，以徑向射流偏轉(zhuǎn)角為參數(shù)，衡量水平三向撞擊流反應(yīng)器內(nèi)流體在不同工況下的流動情形。為優(yōu)化新型撞擊流反應(yīng)器提供了實驗依據(jù)。

2 實驗裝置與測量

2.1 實驗裝置

實驗系統(tǒng)由撞擊流反應(yīng)器和PLIF測試系統(tǒng)兩部分組成，實驗系統(tǒng)圖如圖1所示。

Fig.1 Scheme of the experimental setup