英文原题：Breakup, Coalescence, and Migration Regularity of Bubbles under Gas–Liquid Swirling Flow in Gas–Liquid Cylindrical Cyclone
通讯作者：邹丽, 大连理工大学
作者：Lele Yang (杨乐乐), Li Zou (邹丽), Yong Ma (马勇), Jing Wang (王晶)，Jingyu Xu (许晶禹)
旋流别离器最早呈现于1885年，用于气体除尘，随后在石油、化工、环保等职业得到了广泛的运用，国内外学者也对其展开了许多的试验和理论研讨，相继提出了许多别离理论。可是这些理论大多会集在气固以及液固别离，并且在这些范畴现在现已构成了相对老练的规划办法，得到了成功的运用。而气液旋流器内部活动特性非常复杂，受许多参数的影响，不确认要素较多，活动进程中涣散相的磕碰、聚会和涣散机理现在仍不清楚，一起受多相流理论展开的约束，使气液旋流别离的研讨远滞后于液固、气固旋流别离。虽然许多学者对其进行了数十年的研讨，现在仍难以猜测它的别离功能，不能合理地依据来液工况确认气液旋流器的结构参数，成为限制该技能推广运用的首要瓶颈。所以，深入研讨气液旋流器的流场散布特性，提醒气泡在旋流场中的破碎聚并与分级搬迁规则，树立旋流场与别离作用之间的联络，构成一套规范化规划理论，为气液旋流器的运用规划供给参阅，具有重要的理论价值和运用远景。
近来，中山大学杨乐乐博士作为首要完成人对气液柱型旋流器内气泡的行为特性展开了试验和数值研讨，别离运用Malvern激光粒度仪和电阻层析成像体系(ERT)精确地丈量了旋流器内的气泡粒径散布和相含率散布(图1)，并结合雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)，模仿了气液柱型旋流器内的旋流场特性。依据气泡的受力剖析，结合旋流场散布特性，树立了气泡搬迁运动相别离猜测模型，用于辅导旋流器的结构规划。
图1. 试验设备图
图2为旋流器内气泡的特征粒径散布，跟着进口气体流量的添加，小气泡以及中等粒径气泡起先以聚并为主，随后以破碎为主，而进口液体流量的添加会使小气泡以及中等粒径气泡一直以破碎为主。进口气体流量、液体流量以及缩颈程度的添加都会使旋流强度增强，绝大部分的气泡会快速搬迁至轴心构成气核，涣散的气泡数量削减，一起接连液相对气泡的剪切损坏作用增强，从而导致旋流器内的最大气泡粒径减小。
图2. 旋流器内气泡的特征粒径散布
离心效应构成的气核
如图3所示，ERT监测成果表明下取样截面的气核区域和均匀持气率要显着高于上取样截面，这证明旋流器下部的气核存在回流现象。进口液体流量越大，旋流器内接连液相的切向速度也就越大，气泡的径向搬迁速度也会加速，这些气泡在抵达丈量区域之前已搬迁至轴心构成气核并回流至自在外表，因而气核会跟着液体流量的添加而减小。进口气体流量的添加会诱导自在外表邻近发生更密布的气泡，这在理论上会添加气核尺度。但由于液相所占截面积的减小和拖曳力的影响，旋流强度会随气体流量的增大而增强，这促进了气泡在较短间隔内的集合，会使气核尺度减小。旋流强度的增强效应超过了气泡密度的添加效应，因而整体而言，跟着气体流量的添加，气核尺度减小（图4）。此外，ERT丈量的相散布成果表明当液位在0.82 m邻近时，气液别离作用最佳，进口缩颈缺乏和过度都会对气液别离发生负面影响。
图3. ERT上下取样截面的相散布状况
图4. 不同气体流量时旋流器截面的相散布状况
依据试验观测和模仿的流场散布（图5）剖析可得，切向速度将气泡面向中心，构成气核，促进气泡与液相的别离。轴向速度将涣散的气泡拖向液相出口，对气液别离发生晦气影响。假如气泡在抵达液体出口之前搬迁到轴心气核，便能回流至自在外表，完成气液别离；反之，气泡会随液体从液体出口流出，形成液体携气。因而，切向速度和轴向速度之间的平衡决议了旋流器内的气液别离作用。经过对气泡搬迁进程的剖析，本研讨树立了猜测旋流器中气泡临界别离直径的气泡搬迁运动模型，87.5%的猜测成果均匀绝对误差小于8%。
图5. 旋流器内不同截面的轴向速度和切向速度沿径向的散布规则
本文发表于Industrial & Engineering Chemistry Research，并被选为封面文章之一。
Ind. Eng. Chem. Res.2020, 59, 5, 2068-2082
Publication Date: January 14, 2020
https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b05332
Copyright 2020 American Chemical Society
