高温气体中水滴蒸发的实验和数值模拟研究

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1、第30卷第5期建筑热能通风空调Vol.30No.52011年10月BuildingEnergy&EnvironmentOct.2011.23~26文章编号：1003-0344（2011）05-023-5高温气体中水滴蒸发的实验和数值模拟研究金光李小川宋兴旺内蒙古科技大学能源与环境学院摘要：喷雾蒸发冷却技术在钢厂转炉和电炉烟气处理工程有广泛的应用，对于喷雾蒸发机理的研究是建立在单个水滴蒸发的研究基础之上的。设计了实验装置，并根据实验装置利用FLUENT软件对实验工况进行了数值模拟，研究了气体温度、初始直径对喷雾水滴颗粒的影响，以及水滴温度

2、和蒸发率随时间的变化关系，研究发现在高温空气中实验值与模拟值近似，而高温CO2气体中差别较大。通过对喷雾水滴蒸发特性的实验和模拟，为进一步研究喷雾水滴在高温烟气中的蒸发提供更为可靠的方法。关键词：水滴蒸发高温气体实验模拟研究ExperimentandSimulationofDropletEvaporationinHotGasJINGuang,LIXiao-chuan,SONGXing-wangSchoolofEnvironmentandEnergy,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnolog

3、yAbstract:Evaporativecoolingtechnologyiswidelyusedfortreatingfuelgaswhichisfromconverterorelectricfurnace,andtheresearchofsprayevaporationmechanismisbasedontheevaporationofsingledroplet.Inthispaper,experimentaldeviceisdesignedanditsconditionsaresimulatedbyFluenttostudyth

4、eeffectofgastemperatureandinitialdiameteronevaporationprocess,aswellasthechangelawofevaporationrateanddroplettemperaturewithtime.Itisfoundoutthat,inhigh-temperatureair,theexperimentalvaluesclosetosimulationvalues,whileitsdifferenceisremarkableinhigh-temperatureCO2.Theexp

5、erimentsandsimulationsofsprayevaporationprovideamorereliablemethodforfurtherstudyofevaporationinhotfuelgas.Keywords:droplet,evaporation,hotgas,experience,simulationresearch以喷雾形式形成的小液滴的蒸发广泛应用于诸下的水滴蒸发机理研究还鲜见报道。本文针对高温气多科技领域，如柴油机内喷雾燃烧、蒸发冷却、消防灭体环境中的单颗粒水滴蒸发规律进行研究，设计了实[1~3]火等，目

6、前，大多文献[4~9]都是基于柴油发动机对验装置，利用CCD高速摄影机，得到了气体温度、水单颗粒燃油液滴在高温环境中的蒸发燃烧特性等进滴初始直径等因素对水滴蒸发时间、蒸发速率的影响[7]行研究，其中Abramzon和Sirignano，应用“薄膜理规律，同时，根据实验模型，采用FLUENT模拟软件对论”对燃油液滴的蒸发过程进行了数值计算研究，对水滴的蒸发过程进行研究，在一定程度上与实验值进蒸发时间、蒸发速率等参数取得了较为精确的预测。行对比，对进一步应用FLUENT数值研究更微细水滴但随着钢铁工业的发展，对于不同成分的烟气的喷雾在更高温

7、环境中的蒸发机理提供一定的依据。蒸发冷却技术的应用越来越广，国内外针对这一背景收稿日期：2010-12-27作者简介：金光（1970~），女，副教授；内蒙古包头市内蒙古科技大学能源与环境学院（014010）；E-mail:lxcbeijing2008@163.com基金项目：国家自然基金（No.50766002）；内蒙古高校科研基金项目（NJ09085）·24·建筑热能通风空调2011年1实验研究炉模型整体分为两个部分，上部为圆柱体，高300mm，内径为100mm，下部为棱台，高度为150mm。实验过1.1实验装置程中，气体进口温度较低

8、，出口温度为高温气体条件。实验分别研究了纯CO2气体环境和空气环境下而在此模型中，为了简单考虑，进口温度设置为高温单颗粒水滴的蒸发特性，二氧化碳气体由CO2气瓶提条件，经过一定的时间，出口温度达到所需要求，