1.3　射流氣動旋流霧化的提出

從強化氣液傳質的方法來看，通過液相射流氣動霧化，改變氣液接觸方式，使之產生大量的氣液傳質界面，可以提高傳質效率。由于旋流場中的流體流動主要為準自由渦，存在著很大的切向和軸向的速度梯度，可產生很大的黏性剪切力和湍動剪切力，使液相射流發生變形、破碎和霧化，強化氣液傳質和傳熱。為此，提出了將射流氣動霧化與旋流場耦合，既可以實現射流在氣流場中的霧化，又可以使得大量霧化液滴在旋流場中實現超重力傳質，并在實現氣液相間傳質的同時，實現氣液分離。由于這種氣液傳質方式不存在填料等內部組件，設備不存在堵塞的問題，可能適合于一些新的應用領域。

作者課題組將液相通過噴孔射流進入旋轉氣流中，速度很大的超重力旋轉氣流在下降過程中與液相射流接觸、切割，將后者充分破碎、霧化為極細的液滴，這種射流氣動旋流霧化設備，稱為水力噴射空氣旋流器（water-sparged aerocyclone，WSA），如圖1.8所示。所設計的WSA由兩個垂直的同心圓管組成，內管上部由多孔管壁構成，用于廢水向內管中心的噴射。外管與內管之間構成夾套，保證進水均勻地從多孔壁的孔中穿過，實現向內管中心的噴射和霧化。內管的中心還設置有一個中心排氣管。實驗時，液相由夾套中的內管噴孔2射流噴向中心排氣管，氣相由風機引入WSA內管上側切向進入旋流器，氣液兩相在內管內部充分接觸，液相射流被強化的旋轉氣流霧化，氣液快速傳質。然后液相進入液體儲槽4中，用循環液泵5實現循環，氣相通過反相渦旋從中心排氣管3中排出。在WSA中，液相射流被高速旋轉的空氣流場施加了很大的剪切力，從而引起射流的快速破裂和表面更新。這一過程擴大了氣-液兩相的接觸面積，減小了存在于氣膜側的傳質阻力，從而極大地增大了氣液傳質速率，用于高濃度氨氮廢水、含鉻廢水和煙氣脫硫等過程中，取得了良好的效果。

圖1.8　水力噴射空氣旋流器（WSA）設計示意圖（a）和實物圖（b）

1—外管；2—內管噴孔；3—中心排氣管；4—液體儲槽；5—循環液泵；6—閥門