2.4　液相流型特性

图2.6所示为在同一液体喷射速度和喷孔孔径的条件下，逐渐增大进口气速，液相流型随进口气速的变化状态。以红墨水示踪，单个水射流的主要状态有：①稳态射流：在进口气速较低时，旋流气体对液体射流的作用力小，液体射流几乎不变形、不偏折，射流喷出后直接在中心排气管外侧形成一层液膜，如图2.6（a）所示；②变形旋线射流：随着进口气速增大，射流柱被吹扁变形，并沿着旋转气流方向偏折，其中一部分甚至被全部吹向圆筒内壁，形成一层液膜，如图2.6（b）所示；③雾化旋线射流：随着进口气流速进一步增大，液相射流雾化，形成小液滴分散在气流中，如图2.6（c）所示。

图2.6　液相流型随进口气速的变化

实验观察发现，旋流器中射流的三种状态不仅与气速有关，还和喷孔孔径与液体喷射速度有关。喷孔孔径和喷射速度越小，液体射流柱越容易变形偏折和雾化。需要说明的是，当液体射流雾化时，两相的接触面积大大增加，从而使传质系数大大增加，这应该就是WSA中传质系数随进口气速增加突然增大的原因。

从液相流型的变化可以看出，进口气速越大，同一液体射流被吹的越扁，偏折角度越大，甚至发生雾化，使得气液相界面的湍动程度和接触面积增大，有利于更多液体进入气相，ε_L增大；但另一方面，进口气速越大，被气相夹带的液体在随后的旋流过程中受到的离心力越大，被甩出去的液体越多，反而使ε_L下降。在本实验的进口气速范围内，两方面共同作用的结果就使得ε_L呈现图2.5所示的先快速增加然后缓慢增加的变化趋势。

当进口气速一定时，液体喷射速度越大，射流柱的运动惯性力就越大，更有利于增强射流柱的稳定与完整性，使得从射流柱上进入气相的液滴更少，其结果表现为，出口气雾中液相含率随液体喷射速度增加而下降，如图2.5所示。

从水射流的变化规律可以得出这样的结论：①在低压降区，由于气速较低，几乎不能将液体卷入气相，ε_L≈0，旋流气体的密度几乎不发生变化，压降升高主要是由于旋流气体与射流液柱和器壁之间摩擦阻力系数的升高而引起；②在高压降区，高强度的旋流气场将射流液柱部分卷入气相，形成液体分散相，导致ε_L和Δp都随u_g的增大而逐渐增大，其中Δp随u_g的变化趋势类似于传统旋风分离器的压降变化规律，但在相同的进口气速下，其压降值比传统旋风分离器的压降值高出一个突跃值，如图2.5所示。这说明，WSA在此区域压降值的突跃增加，主要是由于射流液柱分散成液滴后，造成旋流体密度增加引起的；③在压降突升区，进口气速变化狭窄，在气液接触的过程中，有部分液滴进入气相，并随后排出，导致混合气体密度急剧增大，同时旋流体与射流柱和器壁之间阻力系数增加，两者共同作用导致该区域压降突变。