3.2　射流流型演變過程的觀察

不同射流流速和進口氣速下，射流流型不同，后者影響著氣液傳質效率等。進行射流流型研究前，首先需要對其進行適當的定義。

（1）穩態射流（steady state jet，SS jet）：在較低的空氣進口氣速下，液相射流從WSA的噴孔噴射而出，沿著噴孔的軸中心線垂直射到WSA中的中心氣管上，射流幾乎不變形、不偏折，此時射流柱長度為WSA主筒體和中心氣管之間的環隙寬度，設為L₀。

（2）變形旋線射流（deformed spiral jet，DS jet）：隨著旋流空氣氣速的增大，射流柱被吹扁變形、發生彎曲，但是射流還能保持射到中心氣管表面上。

（3）破碎旋線射流（broken spiral jet，BS jet）：隨著空氣進口氣速的繼續增大，液相射流柱有L≤0.5L₀的長度已經偏離了中心管，射流尾端已進入了氣液作用的環隙之間，并且該部分射流柱已經發生了膨脹、擴大以及破碎。

（4）霧化旋線射流（atomized spiral jet，AS jet）：當氣速繼續增大，射流柱中有0.5L₀≤L≤0.75L₀的長度偏離了中心管，進入了氣液作用的環隙區域內，且該部分射流柱已經發生了由破碎到霧化的過渡，形成了霧化的向下旋流。

（5）貼壁霧化旋線射流（total atomized spiral jet，TAS jet）：當射流柱長度有L≥0.75L₀的流柱已經形成了霧化狀態，并被旋流氣體吹壓貼在WSA主筒體內壁表面區域，宏觀上呈現出內壁表面上的霧化旋線射流狀態。

當射流流速較低時（u_L=2.65m·s^-1），射流流型隨進口氣速的變化如圖3.2所示。對照流型的定義，由圖3.2可知，低射流流速下，射流表現出5種流態，即穩態射流、變形旋線射流、破碎旋線射流、霧化旋線射流和貼壁霧化旋線射流。整個過程中，隨著進口氣速增大，射流被氣流霧化的程度也變大，由穩態射流經過一系列中間狀態，逐漸轉變為霧化旋線射流。但當進口氣速繼續增大時，被霧化的射流開始沿著旋流方向，黏貼在WSA主筒體內壁上。雖然此時射流霧化程度已達最大，但由于其緊貼WSA內壁，反而使得氣-液兩相作用區域在整個空間變小，氣液相界面接觸面積反而可能減小。

圖3.2　WSA低流速下射流流型變化（u_L=2.65m·s^-1）

當液相射流流速較高時（u_L=8.84m·s^-1），射流隨著進口空氣流速的增大，其流型發生如圖3.3所示的變化。在高射流流速下，射流隨進口氣速增大，在環隙區域空間中僅表現出3種流態，即穩態射流、破碎旋線射流和霧化旋線射流；此時，射流柱動能增大，射流柱前端與旋流氣體劇烈作用后，逐漸會出現膨脹、擴大以及破裂，并在環隙空間內發生霧化。當進口氣速u_g達到實驗最大值26.67m·s^-1時，射流柱完全霧化，但不發生低射流速度下那種貼壁霧化的現象。

圖3.3　WSA高流速下射流流型變化（u_L=8.84m·s^-1）

噴孔直徑和中心排氣管直徑等WSA結構參數，對射流流型有重要影響。當進口氣速和射流流速相同時，噴孔直徑的增大，會導致射流轉折面出現的距離增長，即射流平均動能增大，那么使射流破碎、霧化的相應氣速增高，對應流型轉化分界線的位置將平移升高。中心排氣管直徑的增大，一方面會導致旋流空氣在環隙內的切向和軸向速度增大，可能對射流產生更強的破碎、霧化作用；但另一方面由于環隙變窄，會使射流平均動能增加，這種強強作用的結果，可能對流型區域劃分影響不是太大，需要進一步的深入研究證實。