2.2　氣相壓降數值模擬

2.2.1　數學模型的選擇

水力噴射空氣旋流器是一種液體射流和空氣旋流耦合強化氣液傳質的設備，選擇雷諾應力模型可以精確地描述其內部的湍流流態，如復雜旋轉流、局部回流以及沿徑向速度的方向各異性等。

水力噴射空氣旋流器內存在復雜的氣液兩相流動，因此采用Volume of Fluid（VOF）模型捕捉氣液兩相自由流動界面的變化情況。VOF模型可以描述兩相或多相互不相融的流體間的自由界面流動。

2.2.2　數值模擬條件

水力噴射空氣旋流器的幾何模型是基于前期的研究結果。模擬用的幾何模型如圖2.2（a）所示。如圖2.2（b）所示的流體的計算流域，包含了601452個網格，全部流域的計算網格類型為六面體結構，并且將排氣管管壁附近的網格進行了加密。

在此采用ANSYS FLUENT 15.0對WSA內部的流場進行模擬計算。模擬采用基于壓力的瞬態計算，以水和空氣為模擬介質，連續相為空氣，第二相設定為水。氣相進口為旋風進口，液相進口為WSA筒體表面上的96個射流噴孔，進口的類型為速度進口。溢流口和底流口邊界設置為壓力出口（pressure-outlet）。初始化后，在距離底流口上方設定高65mm的水柱，起到液封的作用。

2.2.3　網格無關性驗證

采用GAMBIT 2.4.6用切塊分區的方法把WSA分成幾個不同的區域，不同區域皆采用結構化網格。為考慮不同的網格數對模擬結果的影響將WSA的網格個數分別劃分為601452，1345214，3251722，當射流速度為1.38m·s^-1時，三種網格數下的壓降模擬結果如圖2.3所示，其值與隨進口氣速變化的壓降曲線基本一致。因此，在此采用模擬網格數為601452。

2.2.4　數學模型驗證

測定在不同的射流速度和進口氣速條件下WSA的氣相壓降，計算模擬值與實測值的對比情況如圖2.4所示。由圖可知，模擬值和實測值吻合較好，說明所選擇的模擬模型和方法可以較好地模擬WSA內部的流場特性。