2.4　液相流型特性

圖2.6所示為在同一液體噴射速度和噴孔孔徑的條件下，逐漸增大進口氣速，液相流型隨進口氣速的變化狀態。以紅墨水示蹤，單個水射流的主要狀態有：①穩態射流：在進口氣速較低時，旋流氣體對液體射流的作用力小，液體射流幾乎不變形、不偏折，射流噴出后直接在中心排氣管外側形成一層液膜，如圖2.6（a）所示；②變形旋線射流：隨著進口氣速增大，射流柱被吹扁變形，并沿著旋轉氣流方向偏折，其中一部分甚至被全部吹向圓筒內壁，形成一層液膜，如圖2.6（b）所示；③霧化旋線射流：隨著進口氣流速進一步增大，液相射流霧化，形成小液滴分散在氣流中，如圖2.6（c）所示。

圖2.6　液相流型隨進口氣速的變化

實驗觀察發現，旋流器中射流的三種狀態不僅與氣速有關，還和噴孔孔徑與液體噴射速度有關。噴孔孔徑和噴射速度越小，液體射流柱越容易變形偏折和霧化。需要說明的是，當液體射流霧化時，兩相的接觸面積大大增加，從而使傳質系數大大增加，這應該就是WSA中傳質系數隨進口氣速增加突然增大的原因。

從液相流型的變化可以看出，進口氣速越大，同一液體射流被吹的越扁，偏折角度越大，甚至發生霧化，使得氣液相界面的湍動程度和接觸面積增大，有利于更多液體進入氣相，ε_L增大；但另一方面，進口氣速越大，被氣相夾帶的液體在隨后的旋流過程中受到的離心力越大，被甩出去的液體越多，反而使ε_L下降。在本實驗的進口氣速范圍內，兩方面共同作用的結果就使得ε_L呈現圖2.5所示的先快速增加然后緩慢增加的變化趨勢。

當進口氣速一定時，液體噴射速度越大，射流柱的運動慣性力就越大，更有利于增強射流柱的穩定與完整性，使得從射流柱上進入氣相的液滴更少，其結果表現為，出口氣霧中液相含率隨液體噴射速度增加而下降，如圖2.5所示。

從水射流的變化規律可以得出這樣的結論：①在低壓降區，由于氣速較低，幾乎不能將液體卷入氣相，ε_L≈0，旋流氣體的密度幾乎不發生變化，壓降升高主要是由于旋流氣體與射流液柱和器壁之間摩擦阻力系數的升高而引起；②在高壓降區，高強度的旋流氣場將射流液柱部分卷入氣相，形成液體分散相，導致ε_L和Δp都隨u_g的增大而逐漸增大，其中Δp隨u_g的變化趨勢類似于傳統旋風分離器的壓降變化規律，但在相同的進口氣速下，其壓降值比傳統旋風分離器的壓降值高出一個突躍值，如圖2.5所示。這說明，WSA在此區域壓降值的突躍增加，主要是由于射流液柱分散成液滴后，造成旋流體密度增加引起的；③在壓降突升區，進口氣速變化狹窄，在氣液接觸的過程中，有部分液滴進入氣相，并隨后排出，導致混合氣體密度急劇增大，同時旋流體與射流柱和器壁之間阻力系數增加，兩者共同作用導致該區域壓降突變。