高压煤气化激冷水射流雾化蒸发特性的研究.pdf

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1、分类号学号D200877186学校代码10487密级博士学位论文高压煤气化激冷水射流雾化蒸发特性的研究学位申请人：余波学科专业：热能工程指导教师：傅培舫教授答辩日期：2014年5月18日 AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringStudyonthepropertiesofwatersprayandevaporationforthequenchingofpressurizedcoalgasificationPh.D.Candidate:YuBoMajor:Th

2、ermalEngineeringProf.FuPeifangSupervisor:HuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,430074,P.R.ChinaMay,2014 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位

3、论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：年年月日月日 符号即变量说明Cd：喷嘴流量系数（-）CD：液滴拖曳力系数（-）d:喷嘴直径（mm）T,T∞：气体温度，环境温度（℃）ur：半径等于r处的轴向速度（m/s）umax：轴线上的轴向速度（m/s）v：速度（m/s）D:喷嘴进口直径（mm）di，do

4、：锥形喷嘴进口直径和出口直径（mm）vp：液滴速度（m/s）We：韦伯数ρv2d/σx：图像横坐标/射流轴向距离y：图像纵坐标dp：液滴直径（mm）D32：液滴索特尔直径（mm）h：焓值（kJ/(kg.K)）hfg：汽化潜热（kJ/kg）K：空穴数(Pin-Pv）/(Pin-Pb)l：喷嘴长度（mm）Yi,s：液滴表面蒸汽分压力Yi,∞:无穷远处液滴蒸汽分压希腊字母ρg：环境气体密度（kg/m3）ρp：液滴密度（kg/m3）μ：粘度（Pa·s）τ：液体表面张力（N/m）θ：喷雾锥角（-）下标：Lb：射流破碎长度（m）L：射流距离喷嘴出口距离（m）mp:水滴质量（kg）Pin，Pb：喷射压力和

5、背压（MPa）ΔP：喷射压差Pin-Pb（MPa）Pv：液体饱和蒸汽压（Pa）Qabs：吸收系数（-）0：初始时刻c：临界状态Qsca：散射系数（-）g：气体Qext：消光系数（-）i:混合物中第i项组分l：液体r：径向距离（mm）R：半径（mm）m：混合物Re：雷诺数ρvd/μp：液滴Tin:辐射入射温度∞：环境Tp：液滴温度（℃） 华中科技大学博士学位论文摘要第三代SHELL高温（1500℃）高压（4.1MPa）干煤粉气化技术以其高转化率得到了广泛地应用，但由于采用合成气激冷，除了高昂的设备费，腐蚀和磨损也会导致极高的运行成本。采用水激冷可以降低设备投资和运行成本，但还没有在煤化工领域成

6、功应用的报道。本文以高温（1500℃）高压（4.1MPa）上行干粉煤气化水激冷技术为背景，研究高温高背压条件下，射流喷嘴结构参数、喷射压力、背压和温度对水射流蒸发雾化的特征参数，如喷嘴流量系数、扩张角、粒径分布、速度场及穿透距离等的影响，为工业应用提供理论和技术支撑。喷嘴流量系数是喷嘴设计的一个重要参数，通过实验研究3支锥形进口喷嘴的流量系数与背压，喷射压力以及喷嘴结构参数之间的关系，结果表明：湍流条件下，流量系数受Re数控制，在一定背压下，当Re数达到第一临界Re数时，喷嘴内部流动由湍流状态转变为空穴流动状态，此时喷嘴流量系数受空穴数控制；当Re数达到第二临界值时，喷嘴内部流动转变为返回流

7、，此时喷嘴流量系数保持不变；临界空穴数为喷嘴内部流动由湍流过度至空穴流时对应的空穴数，其随着背压升高而增加。本文通过数值方法研究高温高背压下水滴的蒸发特性，通过MIE理论研究了水滴的辐射特性，利用灰体模型计算水滴表面辐射换热，研究环境温度500℃-1500℃，背压1MPa-4MPa，水滴初始直径50μm-500μm以及不同来流速度下水滴蒸发过程，结果表明水滴的吸收系数随着环境温度升高而减小，随着水滴温度升高而