2.2　氣相壓降數(shù)值模擬

2.2.1　數(shù)學(xué)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(qiáng)化氣液傳質(zhì)的設(shè)備，選擇雷諾應(yīng)力模型可以精確地描述其內(nèi)部的湍流流態(tài)，如復(fù)雜旋轉(zhuǎn)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(nèi)存在復(fù)雜的氣液兩相流動(dòng)，因此采用Volume of Fluid（VOF）模型捕捉氣液兩相自由流動(dòng)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(dòng)。

2.2.2　數(shù)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(jié)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(jì)算流域，包含了601452個(gè)網(wǎng)格，全部流域的計(jì)算網(wǎng)格類型為六面體結(jié)構(gòu)，并且將排氣管管壁附近的網(wǎng)格進(jìn)行了加密。

在此采用ANSYS FLUENT 15.0對(duì)WSA內(nèi)部的流場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬采用基于壓力的瞬態(tài)計(jì)算，以水和空氣為模擬介質(zhì)，連續(xù)相為空氣，第二相設(shè)定為水。氣相進(jìn)口為旋風(fēng)進(jìn)口，液相進(jìn)口為WSA筒體表面上的96個(gè)射流噴孔，進(jìn)口的類型為速度進(jìn)口。溢流口和底流口邊界設(shè)置為壓力出口（pressure-outlet）。初始化后，在距離底流口上方設(shè)定高65mm的水柱，起到液封的作用。

2.2.3　網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

采用GAMBIT 2.4.6用切塊分區(qū)的方法把WSA分成幾個(gè)不同的區(qū)域，不同區(qū)域皆采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。為考慮不同的網(wǎng)格數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響將WSA的網(wǎng)格個(gè)數(shù)分別劃分為601452，1345214，3251722，當(dāng)射流速度為1.38m·s^-1時(shí)，三種網(wǎng)格數(shù)下的壓降模擬結(jié)果如圖2.3所示，其值與隨進(jìn)口氣速變化的壓降曲線基本一致。因此，在此采用模擬網(wǎng)格數(shù)為601452。

2.2.4　數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證

測(cè)定在不同的射流速度和進(jìn)口氣速條件下WSA的氣相壓降，計(jì)算模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比情況如圖2.4所示。由圖可知，模擬值和實(shí)測(cè)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(nèi)部的流場(chǎng)特性。