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蒸汽-喷雾液体直接接触冷凝换热是直接接触式换热的一种常见形式。相比于蓄热式换热和间壁式换热,它具有换热设备结构简单,腐蚀少,结垢少,维护费用低,传热面积大,传热速率高等优点,在工业生产上具有广泛的应用。但由于蒸汽-喷雾液体直接接触冷凝换热过程机制十分复杂,目前尚未形成系统的理论方法。因此研究蒸汽-喷雾液体直接接触冷凝传热过程对发展和丰富相变传热理论,开发设计和优化改造气液直接接触冷凝换热设备具有重要意义。流体从离心式喷嘴高速旋流着喷出时,首先形成一个薄薄的圆锥形液膜,之后破碎形成液滴。具有高度湍流特征的液膜区被认为能够与蒸汽进行高效地传热和传质,本文借助数值方法利用计算流体力学软件Fluent对蒸汽-喷雾液膜两相流动和传质传热进行模拟,分析流动特征及其影响因素和传质传热变化规律。根据喷雾流场的轴对称特征,本文首先建立了简便的二维网格计算模型,借助Fluent软件的2D Axisymmetric Swirl功能模拟了喷雾液体的三维流动,探究了层流模型、RNG k-ε、RSM Linear Pressure-Strain模型、RSM Low-Re Stress-Omega模型对入口雷诺数在25000~53000之间的液体在大型喷嘴内流动的适用性,结果发现:RSM Linear Pressure-Strain模型的计算结果与实验值最为吻合,能够精确地模拟喷嘴内部流动;层流模型和RSM Low-Re Stress-Omega模型虽然也能捕捉到清晰的空气芯,但是其计算结果与实验结果偏差较大;而RNG k-ε不能可靠地反映真实流动情况。利用二维网格模型探究了喷嘴结构尺寸对出口液膜的影响,结果表明随着喷嘴旋流室长度与直径之比Ls/Ds的增大,喷嘴出口处液膜厚度增大,喷雾锥角减小,且改变Ls与改变Ds产生的效果相当;喷嘴出口直径D0对喷嘴内部液体流动的影响最大,增大D0显著减小喷注压力和液体流动速度,减小D0显著增大喷注压力和液体流动速度;旋流室收缩角对喷嘴内部液体流动影响不大。基于Lee相变传热模型,本文将模型参数ri分别设置为50、200、2000、10000探究了模型对于蒸汽-喷雾液膜直接接触冷凝过程的适用性,结果表明将参数设为200和2000时,该过程温度和传热系数的变化与文献中的实验结果较为吻合,能够准确预测这一过程的传热传质行为,且液相的湍动能变化是影响传热系数变化的主要原因。