旋流器内流场的研究

　　0　引　言

　　旋流发生器广泛应用于工业生产中,如:烟气除尘,改善燃烧室的稳定性,流量测量,细小孔道的抛光加工及输送系统中的无接触吸盘等。它结构简单,制造成本低,运行损耗小,倍受关注。其内部流场随结构尺寸变化呈现不同的特性,对旋流发生器内相关流场深入细致地研究有助于设计不同用途的旋流发生器。

　　该对一种直圆柱形旋流发生器内部流场的速度、总压、静压等参数进行多种手段的实验研究,用五孔探针、热线、激光测速(LDV)测量了旋流器内相关流场的特性,取得了三者吻合的结果,为旋流发生器的设计改进提供了依据。

　　1　实验模型和测量方法

　　如图1所示,气流从两侧切向进气,形成旋流,由上游的阀门控制流量并保证两侧进气量均衡,出口排入大气。由于旋流器流场复杂,该研究采用三种不同的测量手段进行测量。

　　1.1　五孔探针法

　　五孔球形探针的测量原理是基于流体绕球体的流动规律[2]。

　　旋流器内的速度分量可按下式计算

　　其中,V∞为来流速度,Ux,Uy和Uz分别为轴向,径向和切向的平均速度。

　　1.2　用热线风速仪测量旋流器内部流场

　　热线风速仪的基本原理是测量电加热的热线在周围流体中的热损失[3]。

　　热损失和流体的温度、速度、压力、密度和流体的热学性质以及热线的温度和几何形状有关。只有一个量发生变化时,热损失就可以解释为该特定量的直接测量,这个特定量一般是流体速度或者温度,如果多于一个量发生变化时,就要采用补偿技术,以消除该变量的影响。

　　采用单探针测量旋流器流场,在湍流度非常低的情况下,可以只考虑平均速度对热线的热损失有贡献。在某一点,分别测量热线在水平,竖直,和与水平面成θ角三个位置的有效速度值,即可以得到三个有关冷却速度和轴向、径向、切向平均速度的方程:

　　Ux,Uy和Uz分别为旋流器内沿径线上某点的轴向,径向和切向的平均速度。

　　1.3　激光测速法

　　激光测速的基本原理[4]是入射光的频率与运动粒子散射光的频率之差fd正比于颗粒的运动速度V即:

　　激光测速本质上是测量粒子的速度,采用自制的粒子发生器将雾化的微米量级的油滴添加到气流中。在旋转流场中,粒子受离心力作用向外运动而使模型中心部分缺乏粒子,使测量数据率降低,为了保证有良好的信噪比和数据率,采取压缩频带、增强光源等措施,取得较好的结果。

　　2　实验结果

　　实验条件:进口流量Q=220,350,470L/min;出口大气压P0=0.1MPa。