【摘 要】
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二氧化碳排放引发的温室效应对人类构成严重威胁,煤电清洁生产是实现碳中和、碳达峰目标的主战场,其中电厂烟气氨法脱碳技术引人关注,高效气液吸收装置是氨法脱碳技术的核心。文丘里射流器是一类高效的气液吸收装置,由收缩段、吸气室、喉管、扩散段组成。具有可靠性好,操作弹性大,传质传热效果好等优点。本论文针对不同文丘里射流器出口条件（大气或水）,以及不同出口条件下均存在的气液两相拟稳态流动和稳态流动特性进行深入
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二氧化碳排放引发的温室效应对人类构成严重威胁,煤电清洁生产是实现碳中和、碳达峰目标的主战场,其中电厂烟气氨法脱碳技术引人关注,高效气液吸收装置是氨法脱碳技术的核心。文丘里射流器是一类高效的气液吸收装置,由收缩段、吸气室、喉管、扩散段组成。具有可靠性好,操作弹性大,传质传热效果好等优点。本论文针对不同文丘里射流器出口条件（大气或水）,以及不同出口条件下均存在的气液两相拟稳态流动和稳态流动特性进行深入系统的研究。论文设计JET-1型文丘里射流器,并采用透明有机玻璃加工制成,液相入口内径20 mm,收缩段出口直径为2 mm,吸气室气体进口直径为10 mm,出口直径为20 mm,喉管长度为20 mm,扩散段角度为9°。设计并搭建文丘里射流器流动特性实验装置,装置由框架、管路、离心泵、水槽、阀门、射流器、压力测量装置和气体流量测量装置构成。以水为动力流体,空气为二次流体,测量了射流器出口环境分别为空气和水两种条件下,拟稳态流动和稳态流动在不同液体流量下的压降、吸气量、气液比和能量效率,同时利用高速摄像机拍摄射流器内部气液两相流动状态。采用Fluent软件对文丘里射流器内气液两相流动进行模拟,建立起能够较好预测射流器气液两相流动状况的模型,并对数值模拟所得射流器内部流场进行分析。文丘里射流器单液相流动实验结果表明,当吸气室充满水时,随着液体流量的增加,射流器压降亦增大,射流器内能观察到空化现象发生;当吸气室内有残存空气时,射流器内观察不到空化现象,液体射流随液体流量的增大发生失稳现象;实验测量并回归射流器单液相压降经验公式和阻力特性公式。文丘里射流器气液两相流动实验结果表明,文丘里射流器出口条件分别为空气和水时,气液两相的流动特性亦不相同;且在两种不同出口条件下,射流器内气液两相流动均存在拟稳态和稳态两种流动状态。拟稳态状态下,液相随着流速的增大而失稳,吸入气体,气液两相混合剧烈;稳态状态下,气液两相出现分层流。在外界因素诱发或液体流量超过一定值后,拟稳态将向稳态转变。文丘里射流器气液两相流动实验结果表明,射流器出口环境为空气时,拟稳态压降小于稳态压降,拟稳态气液比和能量效率均大于稳态气液比和能量效率。射流器出口环境为水时,拟稳态压降小于稳态,拟稳态气液比和能量效率均小于稳态气液比和能量效率。采用Fluent软件对自吸式文丘里射流器进行三维数值模拟,经过模拟方法修正后,模型能较好预测实验结果,吸气量值最大偏差为0.96%,压降值最大偏差为1.26%。此外,模拟结果显示文丘里射流器的负压区主要出现在喉管和扩散段前端,文丘里射流器的扩散段存在明显的气液分层情况,气液两相流线和湍动能模拟均显示扩散段近壁面区域存在环形涡旋区,涡旋区域的速度梯度较大。
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