3.2　射流流型演变过程的观察

不同射流流速和进口气速下，射流流型不同，后者影响着气液传质效率等。进行射流流型研究前，首先需要对其进行适当的定义。

（1）稳态射流（steady state jet，SS jet）：在较低的空气进口气速下，液相射流从WSA的喷孔喷射而出，沿着喷孔的轴中心线垂直射到WSA中的中心气管上，射流几乎不变形、不偏折，此时射流柱长度为WSA主筒体和中心气管之间的环隙宽度，设为L₀。

（2）变形旋线射流（deformed spiral jet，DS jet）：随着旋流空气气速的增大，射流柱被吹扁变形、发生弯曲，但是射流还能保持射到中心气管表面上。

（3）破碎旋线射流（broken spiral jet，BS jet）：随着空气进口气速的继续增大，液相射流柱有L≤0.5L₀的长度已经偏离了中心管，射流尾端已进入了气液作用的环隙之间，并且该部分射流柱已经发生了膨胀、扩大以及破碎。

（4）雾化旋线射流（atomized spiral jet，AS jet）：当气速继续增大，射流柱中有0.5L₀≤L≤0.75L₀的长度偏离了中心管，进入了气液作用的环隙区域内，且该部分射流柱已经发生了由破碎到雾化的过渡，形成了雾化的向下旋流。

（5）贴壁雾化旋线射流（total atomized spiral jet，TAS jet）：当射流柱长度有L≥0.75L₀的流柱已经形成了雾化状态，并被旋流气体吹压贴在WSA主筒体内壁表面区域，宏观上呈现出内壁表面上的雾化旋线射流状态。

当射流流速较低时（u_L=2.65m·s^-1），射流流型随进口气速的变化如图3.2所示。对照流型的定义，由图3.2可知，低射流流速下，射流表现出5种流态，即稳态射流、变形旋线射流、破碎旋线射流、雾化旋线射流和贴壁雾化旋线射流。整个过程中，随着进口气速增大，射流被气流雾化的程度也变大，由稳态射流经过一系列中间状态，逐渐转变为雾化旋线射流。但当进口气速继续增大时，被雾化的射流开始沿着旋流方向，黏贴在WSA主筒体内壁上。虽然此时射流雾化程度已达最大，但由于其紧贴WSA内壁，反而使得气-液两相作用区域在整个空间变小，气液相界面接触面积反而可能减小。

图3.2　WSA低流速下射流流型变化（u_L=2.65m·s^-1）

当液相射流流速较高时（u_L=8.84m·s^-1），射流随着进口空气流速的增大，其流型发生如图3.3所示的变化。在高射流流速下，射流随进口气速增大，在环隙区域空间中仅表现出3种流态，即稳态射流、破碎旋线射流和雾化旋线射流；此时，射流柱动能增大，射流柱前端与旋流气体剧烈作用后，逐渐会出现膨胀、扩大以及破裂，并在环隙空间内发生雾化。当进口气速u_g达到实验最大值26.67m·s^-1时，射流柱完全雾化，但不发生低射流速度下那种贴壁雾化的现象。

图3.3　WSA高流速下射流流型变化（u_L=8.84m·s^-1）

喷孔直径和中心排气管直径等WSA结构参数，对射流流型有重要影响。当进口气速和射流流速相同时，喷孔直径的增大，会导致射流转折面出现的距离增长，即射流平均动能增大，那么使射流破碎、雾化的相应气速增高，对应流型转化分界线的位置将平移升高。中心排气管直径的增大，一方面会导致旋流空气在环隙内的切向和轴向速度增大，可能对射流产生更强的破碎、雾化作用；但另一方面由于环隙变窄，会使射流平均动能增加，这种强强作用的结果，可能对流型区域划分影响不是太大，需要进一步的深入研究证实。