摘 要 通過實(shí)驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究文丘里洗滌器內(nèi)氣液兩相流壓降特性。實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同喉管長(zhǎng)度、氣體流量、液氣比和噴嘴噴淋形式下，文丘里洗滌器壓降的變化規(guī)律；建立CFD數(shù)值模型并驗(yàn)證其可靠性，考察文丘里洗滌器內(nèi)液滴速度和濃度、管內(nèi)壓力和湍流強(qiáng)度的分布規(guī)律。研究結(jié)果表明，文丘里洗滌器內(nèi)氣液兩相壓降隨氣流量和喉管長(zhǎng)度增加近似呈線性增加；采用軸流實(shí)心噴嘴產(chǎn)生的壓降要大于采用軸流空心噴嘴產(chǎn)生的壓降；壓降隨液氣比增大而增大但不同液氣比下變化速率不同；喉管段加速液滴和擴(kuò)張段湍流強(qiáng)度的增大是長(zhǎng)喉管和高氣液比下壓降大的主要原因。

關(guān)鍵詞 文丘里洗滌器 氣液兩相流 壓降 CFD模擬 影響因素

中圖分類號(hào) TQ021.1 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A " 文章編號(hào) 0254?6094（2024）04?0504?09

煤炭地下氣化（UCG）就是將處于地下的煤炭在原位進(jìn)行有控制地燃燒，通過對(duì)煤的熱作用以及煤與氧氣、水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生H、CO及CH等可燃?xì)怏w的過程［1，2］。因此，UCG也被稱作“氣化采煤”或“化學(xué)采煤”。作為新一代化學(xué)采煤技術(shù)，UCG集建井、采煤、轉(zhuǎn)化工藝于一體，與傳統(tǒng)的物理采煤技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)明顯，可以實(shí)現(xiàn)地下無人生產(chǎn)、避免在煤炭開采和運(yùn)輸環(huán)節(jié)存在的粉塵污染，可將燃燒后的矸石、灰渣留在地下，從而減少固體廢棄物，并在一定程度上防止地表沉降。經(jīng)煤炭地下氣化產(chǎn)生的粗煤氣中含有大量的粉煤灰等伴生物［3］，會(huì)對(duì)下游處理及產(chǎn)品帶來危害，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此必須采用有效的洗滌設(shè)備去除粗煤氣中的粉煤灰［4］。

文丘里洗滌器的捕集效率可以高于旋風(fēng)分離器，能夠除掉粒徑0.5 μm以上的塵粒。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化產(chǎn)出粗煤氣分離凈化處理的可靠設(shè)備［5］。文丘里洗滌器主要由引液器、文丘里管和脫液器3部分組成，其中文丘里管包括收縮段、喉管段和擴(kuò)張段3部分。含塵氣體在文丘里管的收縮段內(nèi)被加速；根據(jù)伯努利定理，氣體在喉部速度最大，壓強(qiáng)最低；進(jìn)入擴(kuò)張段后，流通截面積增大，氣流速度降低。洗滌液一般以射流、霧化液滴或者液膜的形式從收縮段或喉部引入［6～8］。液體通過噴嘴霧化成液滴或者從喉部引射進(jìn)入，在高速氣流剪切作用下進(jìn)一步破碎成液滴，使液相與粉塵顆粒的接觸面積增加，液滴基于慣性碰撞、攔截作用、布朗運(yùn)動(dòng)及重力沉降等機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵的捕集［9，10］。

文丘里洗滌器的壓降是等同于洗滌器分離效率的一個(gè)重要的性能參數(shù)。目前，各國(guó)學(xué)者針對(duì)文丘里管內(nèi)壓降的預(yù)測(cè)，開展了系列研究。AZZOPARDI B J等將文丘里洗滌器的進(jìn)出口壓降分為五大類，包括氣速變化引起的壓降、液速變化引起的壓降、壁面上液膜動(dòng)量變化引起的壓降、摩擦阻力和重力引起的壓降（需要指出的是，文丘里管單氣相工況產(chǎn)生的壓降主要來源于氣速變化和摩擦阻力）［11］。CALVERT S提出了一種計(jì)算壓降相對(duì)簡(jiǎn)單的模型，該模型僅考慮了因液滴在喉管段加速引起的壓降，而其他壓力損失可以忽略；并假設(shè)在一維不可壓縮絕熱流動(dòng)中，洗滌液均被霧化成尺寸一致的液滴，且喉管段出口處液滴速度和氣速相同［12］。YUNG S C等［13］和LEITH D等［14］改進(jìn)了CALVERT S［12］的模型。

YUNG S C等假設(shè)喉管段出口處液滴速度和氣速不一致［13］，而LEITH D等則考慮了擴(kuò)張段中氣體降速對(duì)單氣相壓降產(chǎn)生的影響［14］。BOLL R H提出了第1個(gè)數(shù)值模型，該模型在計(jì)算單氣相壓降時(shí)主要考慮了氣流加速和壁面摩擦引起的壓力損失［15］。

在文丘里洗滌器除塵的工程應(yīng)用實(shí)踐中，已經(jīng)確認(rèn)增加喉管長(zhǎng)度可以有效提高粉塵去除效率，這是一種相對(duì)簡(jiǎn)單提高除塵效率的方法；但與此同時(shí)，增加喉管長(zhǎng)度會(huì)增大文丘里洗滌器壓降，而當(dāng)前關(guān)于文丘里洗滌器氣液兩相流壓降特性的研究尚有不足，尤其是喉管長(zhǎng)度對(duì)文丘里洗滌器壓降的影響規(guī)律可以做進(jìn)一步研究。因此，筆者將重點(diǎn)開展文丘里洗滌器內(nèi)氣液兩相流壓降特性的研究，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和模擬計(jì)算，考察喉管長(zhǎng)度、氣體流量、液氣比和噴嘴噴淋形式對(duì)文丘里洗滌器壓降的影響規(guī)律。

1 材料和方法

1.1 文丘里洗滌器水力學(xué)實(shí)驗(yàn)

圖1給出室內(nèi)實(shí)驗(yàn)用文丘里洗滌器除塵系統(tǒng)。如圖1a所示，實(shí)驗(yàn)用文丘里洗滌器的文丘里管由收縮段、喉管段和擴(kuò)張段3部分組成，洗滌液由計(jì)量泵泵送，并在管路末端安裝霧化噴嘴，噴嘴噴淋出口位于收縮段。如圖1b所示，實(shí)驗(yàn)使用空氣壓縮機(jī)（型號(hào)為CBN?200D）提供壓縮空氣，通過渦街流量計(jì)（型號(hào)為OPTISWIRL4200）測(cè)定進(jìn)氣流量；自來水作為洗滌液，由計(jì)量泵（型號(hào)為DPMSWAB200/1?Ⅰ）從儲(chǔ)水罐中引出，通過金屬管浮子流量計(jì)（型號(hào)為H250H/RR/M40/ESK/Exd）測(cè)定進(jìn)液流量。實(shí)驗(yàn)時(shí)，待氣流量穩(wěn)定后，通入洗滌液，利用安裝在文丘里管進(jìn)口和出口的壓力傳感器，測(cè)定文丘里管進(jìn)出口壓差。基于上述實(shí)驗(yàn)裝置，研究不同喉管長(zhǎng)度（30、90、150 mm）、氣體流量（24、36、48、60 m3/h）、液氣比（0.02%、0.04%、0.08%、0.16%、0.32%）和不同噴嘴噴淋形式（軸流實(shí)心圓錐噴嘴，軸流空心圓錐噴嘴）對(duì)文丘里洗滌器壓降的影響規(guī)律。

文丘里管的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)為：

收縮段長(zhǎng)度l 59 mm

收縮角α 25°

喉管段直徑dt 15.3 mm

喉管長(zhǎng)度l 30、90、150 mm

擴(kuò)張段長(zhǎng)度l 309 mm

擴(kuò)張角β 5°

1.2 文丘里洗滌器壓降的CFD數(shù)值模擬

1.2.1 數(shù)學(xué)模型

文丘里洗滌器內(nèi)氣液兩相流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程。氣相為可壓縮的連續(xù)相；液滴為不可壓縮的離散相，采用拉格朗日坐標(biāo)下的離散相模型（DPM）來模擬離散相介質(zhì)的受力運(yùn)動(dòng)過程，并跟蹤液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡。

連續(xù)相的控制方程包括連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程：

▽·（ρ[u][→]）=0（1）

▽·（ρ[u][→][u][→]）=-▽p+▽·（[τ][=]）+ρ[g][→]+[F][→]（2）

▽·（[u][→]（ρE+p））=-▽·

h

J+S（3）

式中 E——總能量；

F——離散相產(chǎn)生的力；

g——重力加速度；

h——焓；

J——組分j的擴(kuò)散通量；

p——?dú)怏w壓強(qiáng)；

S——離散相源項(xiàng)；

u——?dú)怏w速度；

ρ——?dú)怏w密度；

[τ][=]——應(yīng)力張量。

因Realizable k?ε模型可以限制由于湍流強(qiáng)度分布不均勻產(chǎn)生的雷諾應(yīng)力，從而提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地分析混合流場(chǎng)中氣體的流動(dòng)，因此采用Realizable k?ε湍流模型模擬氣流的湍流流動(dòng)。Realizable k?ε湍流模型的湍動(dòng)能k和湍動(dòng)能耗散率ε的輸運(yùn)方程如下：

+=μ

+

+G+G-ρε（4）

+=μ

+

+ρCSε-

Cρ+CCG（5）

C=max［0.43，］，η=S，S=（6）

其中，μ是湍流黏度，S是平均應(yīng)變率張量的模，G是由于平均速度梯度而產(chǎn)生的湍流動(dòng)能，

G是由浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能，C、C和C是常數(shù)，σ和σ分別是k和ε的湍流普朗特?cái)?shù)。

液滴主要由連續(xù)相氣流驅(qū)動(dòng)，受到重力、浮力、阻力、虛擬質(zhì)量力和壓力梯度的作用，由于氣體的密度遠(yuǎn)小于液滴的密度，氣體和液滴的加速度相似，可以忽略虛擬質(zhì)量力和壓力梯度的影響。在拉格朗日坐標(biāo)下，根據(jù)牛頓第二定律，液滴的運(yùn)動(dòng)方程如下：

=+（7）

其中，u是液滴的速度，ρ是液滴的密度，是液滴受到的曳力，τ是液滴的松弛時(shí)間，是液滴受到的重力和浮力。

1.2.2 網(wǎng)格劃分和無關(guān)性檢驗(yàn)

在Solidworks中創(chuàng)建與實(shí)驗(yàn)用文丘里管尺寸相同的三維模型。模型建立后，利用FluentMeshing進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型為poly?hexcore，并對(duì)文丘里管喉部進(jìn)行局部加密，提高模擬的準(zhǔn)確性。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2所示。

在對(duì)文丘里洗滌器的網(wǎng)格進(jìn)行無關(guān)性驗(yàn)證時(shí)，以文丘里管總壓降作為網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證的判定參數(shù)。建立6套不同網(wǎng)格數(shù)的獨(dú)立網(wǎng)格。選擇喉管長(zhǎng)度30 mm，氣體流量為60 m3/h工況進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證。數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果見表1。由表1可見，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，文丘里管的總壓降的變化逐漸趨緩。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量在73.49萬至181.06萬時(shí)，總壓降波動(dòng)小，最小值和最大值相差不超過2%。綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)，選定網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量為73.49萬的網(wǎng)格模型。

1.2.3 邊界條件和求解方法

文丘里洗滌器的氣體入口為質(zhì)量流量入口，在液滴入口給定液相速度，出口采用壓力出口，壁面是無滑移邊界，并用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)處理；文丘里洗滌器收縮段、喉部和擴(kuò)張段壁面的DPM離散相顆粒邊界定義為壁面液膜（wall?film）。文丘里洗滌器入口處湍流長(zhǎng)度尺度l與入口直徑D之間存在近似關(guān)系：

l=0.07D（8）

氣流湍流強(qiáng)度I采用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

I=0.16Re（9）

式中 Re——以入口直徑為特征長(zhǎng)度的雷諾數(shù)。

壓力和速度耦合求解采用SIMPLE算法，網(wǎng)格梯度選用基于單元體的最小二乘法，各個(gè)流動(dòng)參數(shù)的空間插值均采用二階迎風(fēng)格式，當(dāng)殘差值小于10-6后認(rèn)為結(jié)果收斂。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)研究

2.1.1 氣體流量對(duì)氣液兩相壓降的影響

圖3給出了喉管長(zhǎng)度為90 mm、液氣比為0.08%時(shí)，不同噴嘴噴淋形式下氣體流量對(duì)文丘里洗滌器壓降的影響。從圖3可以看出，隨著氣體流量的增加，文丘里洗滌器的壓降不斷增加，且相同氣體流量和液氣比條件下采用軸流實(shí)心圓錐噴嘴比采用軸流空心圓錐噴嘴產(chǎn)生的壓降大。文丘里管內(nèi)壓降主要由氣液兩相流與壁面間的沿程阻力損失、漸縮漸擴(kuò)位置處因幾何結(jié)構(gòu)尺寸引起的局部阻力損失引起，二者大小均與流體速度的平方成正比，因此隨著氣體流量增加，壓降增大。

2.1.2 液氣比對(duì)氣液兩相壓降的影響

圖4給出了氣體流量為60 m3/h時(shí)，不同喉管長(zhǎng)度和噴嘴噴淋形式下液氣比對(duì)文丘里洗滌器壓降的影響。從圖4可以看出，小液氣比（不大于0.04%）條件下，洗滌液的噴入對(duì)文丘里管的壓降影響不大，相比單氣相條件下文丘里管的壓降略有增大；中液氣比（0.04%～0.16%）條件下，隨著液氣比的增大，壓降顯著增大；在高液氣比的條件下，壓降的增加隨液氣比的增大趨勢(shì)趨緩；除小液氣比外，其余工況下壓降均顯著大于單氣相壓降，說明加入洗滌液后，氣流的部分能量被用于液滴的加速和液滴的破碎。此外，同一喉管長(zhǎng)度條件下，采用軸流實(shí)心噴嘴產(chǎn)生的壓降均大于采用軸流空心噴嘴產(chǎn)生的壓降，這是因?yàn)橥ㄟ^軸流實(shí)心噴嘴噴出的液滴速度相對(duì)較小，氣流加速液滴所需的能量較大，氣流壓降相應(yīng)較大。

2.1.3 喉管長(zhǎng)度對(duì)氣液兩相壓降的影響

圖5是氣體流量為60 m3/h時(shí)，不同噴嘴噴淋形式和液氣比條件下喉管長(zhǎng)度對(duì)文丘里管壓降的影響。從圖5可以看出，在同一液氣比下，隨著喉管長(zhǎng)度的增加，文丘里管壓降增加；液氣比較?。ú淮笥?.04%）或喉管長(zhǎng)度較短（30 mm）時(shí)，壓降變化不明顯。喉管長(zhǎng)度越長(zhǎng)，氣液兩相停留時(shí)間越長(zhǎng)，相互作用越充分，液相獲得的能量越多，且流體和壁面間的沿程阻力損失越大，產(chǎn)生的壓降也就越大。

2.2 氣液兩相CFD數(shù)值模擬

2.2.1 模型的可靠性分析

圖6給出不同噴嘴形式和喉管長(zhǎng)度條件下文丘里洗滌器壓降的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值的對(duì)比。由圖6中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著液氣比的增加，文丘里管的壓降不斷增大，且采用軸流實(shí)心噴嘴產(chǎn)生的壓降大于采用軸流空心噴嘴產(chǎn)生的壓降；對(duì)比模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，二者吻合好。即使在大液氣比下，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均偏差為4.81%，最大偏差為8.68%，平均偏差和最大偏差均在合理范圍內(nèi)，因此本數(shù)值模擬具有較好的可靠性，能夠預(yù)測(cè)文丘里管內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)規(guī)律。

2.2.2 文丘里管內(nèi)液滴的運(yùn)動(dòng)速度和分布

圖7、8分別給出了喉管長(zhǎng)度90 mm，氣體流量60 m3/h，液氣比0.08%時(shí)，不同噴嘴噴淋形式下液滴速度分布云圖和液滴濃度分布云圖。從圖7可以看出，不同噴嘴噴淋形式下液滴速度和氣流速度的變化趨勢(shì)相同，說明液滴對(duì)氣流的跟隨性好，有利于液滴與氣體充分接觸；對(duì)于軸流實(shí)心圓錐噴嘴，液滴經(jīng)噴嘴噴出后呈圓形分布，對(duì)于軸流空心圓錐噴嘴，液滴經(jīng)噴嘴噴出后呈圓環(huán)狀分布。從圖8可以看出，在收縮段和喉部液滴更多集中在中軸區(qū)域，管道壁面附近液滴濃度低；由喉部進(jìn)入擴(kuò)張段后，靠近壁面處液滴濃度增大，在壁面形成液膜，且在采用實(shí)心噴嘴工況下，擴(kuò)張段壁面上的液滴濃度高于空心噴嘴。

2.2.3 文丘里管內(nèi)氣液兩相壓力分布

圖9是氣體流量60 m3/h，液氣比0.08%時(shí)，不同噴嘴噴淋形式和喉管長(zhǎng)度下文丘里管內(nèi)中軸截面壓力云圖和沿中軸線壓力分布。從圖9可以看出，在文丘里管出口壓力相同時(shí)，隨著喉管長(zhǎng)度的增加，文丘里管入口的壓力越來越大，說明文丘里管的壓降隨喉管長(zhǎng)度增大而增大。這是因?yàn)殡S著喉管長(zhǎng)度增加，氣液兩相相互作用時(shí)間增長(zhǎng)，液相獲得的動(dòng)能更多，且氣體和壁面間的摩擦阻力造成的壓力損失也相應(yīng)增大。此外，同一液氣比和喉管長(zhǎng)度下，不同噴嘴噴淋形式下的文丘里管壓力分布也不相同，實(shí)心噴嘴噴淋條件下收縮段和喉部壓力降低的幅度更大。

圖10是喉管長(zhǎng)度90 mm，氣體流量60 m3/h時(shí)，軸流實(shí)心噴嘴在不同液氣比下中軸截面的壓力分布云圖和沿中軸線壓力的分布圖。從圖10可以看出，在同一液氣比下，壓力在收縮段急劇下降；在喉管段壓力進(jìn)一步降低，而且從圖10b可以看出，液氣比越大，喉部壓力降低速率越快，壓降越大，到達(dá)喉管出口時(shí)壓力降到最小值；經(jīng)過擴(kuò)張段壓力又重新回升；同時(shí)，由于洗滌液的噴入，在收縮段內(nèi)壓力產(chǎn)生一定的波動(dòng)。隨著液氣比的增加，液體流量增大，加速液滴所需要的能量也增大，致使液氣比越大，喉部壓降越大。

2.2.4 文丘里管內(nèi)氣液兩相湍流強(qiáng)度分布

圖11是喉管長(zhǎng)度90 mm、氣體流量60 m3/h時(shí)，軸流實(shí)心噴嘴在不同液氣比下中軸截面的湍流強(qiáng)度分布云圖。從圖11可以看出，在文丘里管收縮段和喉管段處的湍流強(qiáng)度相比擴(kuò)張段要小，在擴(kuò)張段內(nèi)，湍流強(qiáng)度達(dá)到最大值；且隨著液氣比增大，擴(kuò)張段內(nèi)氣液兩相的湍流強(qiáng)度增強(qiáng)。這說明，隨著液氣比的增大，擴(kuò)張段內(nèi)氣液兩相的湍動(dòng)程度增大，會(huì)引起壓降的增大，這與圖9中文丘里管擴(kuò)張段壓降大相一致。

3 結(jié)論

3.1 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和模擬結(jié)果表明，文丘里洗滌器內(nèi)氣液兩相流的壓降隨氣體流量和喉管長(zhǎng)度的增大而增大，且采用軸流實(shí)心圓錐噴嘴霧化洗滌液要比采用軸流空心圓錐噴嘴產(chǎn)生更多壓降；文丘里管內(nèi)氣液兩相流的壓降在小液氣比時(shí)，液氣比的改變對(duì)文丘里管的壓降影響不大，在中液氣比時(shí)，隨著液氣比的增大而顯著增大，在高液氣比時(shí)，隨液氣比的增大而增大的趨勢(shì)趨緩。

3.2 通過模擬數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，確定構(gòu)建的數(shù)值模型可靠；基于文丘里管內(nèi)氣液兩相模擬結(jié)果，確定不同噴嘴噴淋形式下液滴速度和氣流速度的變化趨勢(shì)相同，采用實(shí)心噴嘴工況下，擴(kuò)張段壁面上的液滴濃度高于空心噴嘴；喉管長(zhǎng)度增加導(dǎo)致壓降增大是因?yàn)闅庖簝上嘞嗷プ饔脮r(shí)間增長(zhǎng)，液相獲得的動(dòng)能更多，且氣體和壁面間的摩擦阻力造成的壓力損失也相應(yīng)增大；液氣比增大導(dǎo)致壓降增大是由加速液滴耗能增大以及擴(kuò)張段內(nèi)氣液兩相的湍流強(qiáng)度增大引起的。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ " KLIMENKO A Y.Early Ideas in Underground Coal Gasification and Their Evolution［J］.Energies，2009，2（2）：456-476.

［2］ " BIAN Z F，MIAO X X，LEI S G，et al.The Challenges of Reusing Mining and Mineral?Processing Wastes［J］.Science，2012，337（6095）：702-703.

［3］ " 賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［4］ " 姜鳳有.工業(yè)除塵設(shè)備-設(shè)計(jì)、制作、安裝與管理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［5］ " MI T，YU X M.Dust Removal and Desulphurization in a Novel Venturi Scrubber［J］.Chemical Engineering and Processing?Process Intensification，2012，62：159-167.

［6］ " GAMISANS X，SARRà M，LAFUENTE F J，et al.The Hydrodynamics of Ejector?Venturi Scrubbers and Their Modelling by an Annular Flow/Boundary Layer Model［J］.Chemical Engineering Science，2002，57（14）：2707-2718.

［7］ " GONCALVES J A S，COSTA M A M，HENRIQUE P R，et al.Atomization of Liquids in a Pease?Anthony Venturi Scrubber：PartⅠ.Jet Dynamics［J］.Journal of Hazard Materials，2003，97（1?3）：267-279.

［8］ " SILVA A M，TEIXEIRA J C F，TEIXEIRA S F C F.Experiments in a Large?Scale Venturi Scrubber：PartⅠ：Pressure Drop［J］.Chemical Engineering and Process?

ing?Process Intensification，2009，48（1）：59-67.

［9］ " ZHOU Y M，SUN Z N，GU H F，et al.Experimental Research on Aerosols Collection Performance of Self?Priming Venturi Scrubber in FCVS［J］.Progress in Nuclear Energy，2015，85：771-777.

［10］ "VISWANATHAN S.Modeling of Venturi Scrubber Performance［J］.Industrial amp; Engineering Chemistry Research，1997，36（10）：4308-4317.

［11］ " AZZOPARDI B J，TEIXEIRA S，GOVAN A H，et al.An Improved Model for Pressure?drop in Venturi Scrubbers［J］.Process Safety and Environmental Protection，1991，69（B4）：237-245.

［12］ " CALVERT S.Venturi and Other Atomizing Scrubbers Efficiency and Pressure Drop［J］.AIChE Journal，1970，16（3）： 392-396.

［13］ " YUNG S C，CALVERT S，BARBARIKA H F，et al.Venturi Scrubber Performance Model［J］.Environm?

ental Science amp; Technology，1978，12（4）：456-459.

［14］ " LEITH D， COOPER D W， RUDNICK S N. Venturi Scrubbers?Pressure Loss and Regain［J］.Aerosol Science and Technology，1985，4（2）：239-243.

［15］ " BOLL R H.Particle Collection and Pressure?Drop in Venturi Scrubbers［J］.Industrial amp; Engineering Chemistry Fundamentals，1973，12（1）：40-50.

（收稿日期：2023-07-01，修回日期：2024-07-13）

Study on Pressure Drop Characteristics of Gas?Liquid

Flow in Venturi Scrubbers

XU Xiao?fei1， WANG Chun?mei1， ZHANG Qian2， WU Yan2，

SUN Xiao?hui2， HU Da?peng1

（1. School of Chemical Engineering， Dalian University of Technology； 2. DWELL Company Limited）

Abstract " The experimental and CFD numerical simulation methods were combined to study pressure drop characteristics of the gas?liquid flow in a venturi scrubber. Measuring the venturi scrubber’s pressure drop rule under different throat lengths， gas flow rates， liquid?gas ratios and nozzle spray forms was performed， including establishing CFD model and verifying its reliability， investigating the distribution rule of droplet velocity and concentration， pressure and turbulent intensity in the venturi scrubber. The results indicate that， the gas?liquid pressure drop in the venturi scrubber increases approximately linearly with the increase of gas flow rate and throat length. The pressure drop of the venturi equipped with an axial solid nozzle is greater than that equipped with an axial hollow nozzle; the pressure drop increases with the rise of liquid?gas ratio， but the rate of change varies at different liquid?gas ratios. The main reason for the large pressure drop in the long throat and high air?liquid ratio is the increase of the acceleration droplet and the turbulence intensity in the expansion section of the throat.

Key words " "venturi scrubber， gas?liquid flow， pressure drop， CFD simulation， influencing factor

基金項(xiàng)目：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：2019E?25）資助的課題。

作者簡(jiǎn)介：許曉飛（1981-），副教授，從事化工機(jī)械的研究。

通訊作者：胡大鵬（1963-），教授，從事化工機(jī)械的研究，hudp@dlut.edu.cn。

引用本文：許曉飛，王春美，張倩，等.文丘里洗滌器內(nèi)氣液兩相流的壓降特性研究［J］.化工機(jī)械，2024，51（4）：504-512.