第35卷第1期2021年1月
天津化工
Tianjin Chemical Industry
Vol.35No.1
Jan.2021
•科技论文$
曹传鹏1，解利昕1，徐世昌1，杜亚威2!
纯碱制烧碱(1.天津大学化工学(，天津市膜科学与海水淡化技术重5实验室，天津300072;2.河；工业大学化工学(，天津300130)
摘要：水平管降膜蒸发过程中喷淋液体的分布状态直接影响蒸发器的蒸发效率。本文针对海水淡化系统中空旋流式液体喷头进行了液体分布特性及均匀性研究，当喷淋高度为600~700mm时，可以实现 较为均匀的喷淋分布。为了进一步提升喷淋液体均匀分布，提出了两种多喷头的布置方案并进行了均匀性分析。采用三角形布置，比正方形布置能得到更为均匀的液体分布。当采用三角形布置且喷淋高度500mm，中心距850mm时喷淋量的分布比较均匀。 关键词：水平管降膜；旋流式喷头；喷淋量；多喷头布置
doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2021.01.007
中图分类号：P747+.12；TQ050.1文献标志码:A文章编号:1008-1267(2021)01-0016-04
Study on spray uniformity of swirl nozzle in seawater desalination
CAO Chuan-peng;,XIE Li-xin1,XU Shi-chang1,DU Ya-wei2* (!.School of Chemical Engineering,Tianjin University;Tianjin Key Laboratory of Membrane Science and Desalination Technology,300072:Tianjin,China;D.School of Chemical Engineering and Technology,Hebei
University of Technology,Tianjin300130,China"
Abstract:The distribution of spray liquid in the falling film evaporation process of horizontal tube directly affects the evaporation efficiency of evaporator.In this paper,the liquid distribution characteris
tics and uniformity of a hollow swirl liquid nozzle in desalination system are studied.When the spray height is600〜700mm,the spray distribution can be more uniform.In order to further improve the uniform distribution of spray liquid,two kinds of multi nozzle layout schemes are proposed and analyzed.More uniform liquid distribution can be obtained by triangle arrangement than by square arrangement.When the triangle arrangement is adopted,the spray height is500mm,and the center distance is850mm,spray quantity distribution is relatively uniform.
Key words：horizontal tube falling film;swirl nozzle;spray rate;multi nozzle arrangement
海水淡化技术是满足日益增长的淡水需求的解决方案之一⑴。我国部分沿海地区海水存在高污，的高技术，仅需简单预处理的低温海水淡化技术依展的。水发器（HFE），具传热高分温等优点叫水的传热系为竖直
发的2，在发,
，在海水淡化工叫水发分水发系统部。
发方的分海水
部水，水与
热。发的传热系与分发化热热等[4],
分发的讥帀
收稿日期：2020-06-30
提前放电避雷针
基金项目：国家重点研发计划（2016YFC0401202）；河北省高等学校青年拔尖人才计划项目（BJ2016016）
作者简介：曹传鹏（1994-）男，在读博士研究生，研究方向为热法海水淡化技术。
通讯作者：杜亚威（1981-），副教授，硕士生导师，研究方向为海水淡化系统模拟与优化。
第35卷第1期曹传鹏等：海水淡化旋流式喷头喷淋均匀性研究17
分布器喷洒的液体是否均匀，将直接影响整个设 备的运行效率叫而目前液体分布器的主要形式
为喷淋管式、喷淋板式、喷嘴式液体分布器〔'I 。喷 嘴式液体分配器在防止不溶物或垢物堵塞方面 具有一定的优势叫一些学者对液体分布器开孔
间距、开孔大小和布液高度等因素进行了实验研 究[9~13]，或采用数值模拟方法对内 体 形态
进行分 网，对分布器优 设 用。对 淡系统中空旋式液体喷头
进行了液体分布均匀研究，提了喷头布
方，进行了均匀分，为分布器优设、
提高 器 效率 用。1实验部分
1.1液体喷头的结构
中空 的旋 液体喷头
1
图1中空旋流液体喷头
将 喷头。液体 喷头喷
洒， 的液体 系统
喷洒的液体。液
体 系统
个液 等间距
。的 液 旋 不 的喷淋液
体。
节进 和喷头高，
不同
和喷淋高的液体喷淋。液体 系统各
js防水涂膜
个集液 的数将用于反应喷头的喷淋覆盖
和喷淋均匀情况。
液体 装一紧密 的
和挡板
> 的液 位于喷头方， 绕中心
点任 旋 而覆盖整个喷淋的形。实
验开始前液 挡板遮挡，当开机运行稳定
，开始时的瞬间移走挡板。一段时间且
内的喷淋液 均未达 大刻 时停止 时，停止
时的瞬间用挡板遮住液。然分别读取
的液，每实验重复三次取均值。 中 的喷淋 q （m/s ）单位时间
的液高变
表，S （mm ）为液
距喷头中（喷头 中心
液
面交点）的 距离。
2结果与讨论
2.1单喷头喷淋均匀性分析
1是中空 旋液体喷头
。喷头的方体
体 。液体
方
进
，在空内形
旋。 形喷嘴均匀喷洒。喷头
大， 溶物和垢物不
堵塞，喷
淋 小。在一定
内液体分布均匀，
管
器液体均匀分布的要。
1.2喷淋实验平台
研究中 喷头喷淋实验 2，对该
喷头的喷淋 均匀影响因素进行实验。
2为喷淋
。实验中用自
来水作为 。原料水储存在 中，
-800 -600 -400 -200
200 400 600 800
S/mm
1，原料水箱2，离心泵3，调节阀4，压力表5，液体喷头
6，集液量筒
图2 喷头喷淋特性实验平台图3 不同流量下的布液分布（高度500mm，角度0!）
图4 不同角度的布液分布（高度500mm ，流量9t/h
）
18天津化工2021年1月
0.0050.004
0.002
0.001
0.000
0.0030.006
-800 -600 -400 -200 0
200 400 600 800
S/mm
图5不同高度的布液分布1流量9t/h ，角度0!）
图3、4和5分别为不同流量、角度和高度下的
布液分布情况。喷淋液体分布基本上关于喷头喷淋
中心对称分布，喷淋量主要集中在中间范围区域, 喷淋范围边缘部分的喷淋量较小。在中间区域，液
体喷淋量分布较为均衡，喷头的喷淋均匀性得到体
现，可以满足水平管降膜蒸发器内的进料海水喷淋
要求。由图3可以看出，随着喷淋流量的增加，喷淋
量也逐渐增加。在中间有一个喷淋量相对较小的区
域，且流量越越。进 流的液体着喷
头
流 ，
的液体压力较
高。随着流量增加，进入喷嘴 的液体切向压力
高，喷淋范围增加，中间区域的喷淋量相对 小。
由图4可，对于不 的喷淋角度，喷淋量的 （
不 由图5可以看出，随着喷淋高度的增加，中间
喷淋量逐渐 小 喷淋分布 加均匀 喷淋高度
为600~700mm ，可以 现较为均匀的喷淋分布。 2.2多喷头喷淋均匀性分析
为 个喷头喷淋布液性 ， 对 喷头的
喷淋特性，出
较的喷头布
图6）o
ABCD 为喷头的布
，由于喷淋区域由 的
和 角 ， 区域的布液分布
喷头间 较 的布液分布
图6 多喷头布置方案
1 1 1 1 •-v
•b K 1
-nr
*
U v X
X X
（8）正方形布置（b ）三角形布置
图7 个喷头 的布 的布液分布图。图中XY 平面的四个 为四个喷头
的布 由图7可以看出， 布 ，喷
淋液主要分布于 XY 平 的对角
喷头间
较小 ，喷淋量主要集中在中间区域， 喷头间
中心 逐渐增 ， 中心 的喷淋量逐渐 小， 到出现 喷淋区
布 ，相 分布
图 8 角 布 的分布 图 图中分布
图的 个 为 个喷头的布 喷头间 较小 ，喷淋量主要集中在中间区域， 喷头间
中心 逐渐增 ，中心 的喷淋逐渐 小，
到出现 喷淋区 高度500mm ，喷头中
心850mm 喷淋量的分布 较均匀，中心区域的
喷头间的喷淋量较小， 现较为均匀的喷淋
喷淋量和 围区域的喷淋量较为
000126000016600002060000246000028600003260000366000040600004460I 0004860 — 0005260
7.800E-040.0010770.0013740.0016710.0019680.0022650.0025620.0028590.0031560.0034530.003750
1.800E-04 5.170E-04 8.540E-04 0.001191 0.001528 0.001865 0.002202 0.002539 0.002876 0.003213 0.003550
高度500mm 喷头距中心650mm 高度500mm 喷头距中心750mm 高度500mm 喷头距中心850mm
图7
正方形的布置方式时的布液分布图
第35卷第1期曹传鹏等：海水淡化旋流式喷头喷淋均匀性研究19咼度500mm喷头距中心650mm咼度500mm喷头距中心750mm
20040060080010001200-002487
-XJ038W
--0.05225
-006594
--007983
-200020040060080010001200
咼度500mm喷头距中心850mm咼度500mm喷头距中心950mm 图*正方形的布置方式时的布液分布图
表1展示了不同布置方式时喷淋量的均匀性状况。当采用三角行分布时，喷淋量最大值和平均值的比值以及最小值和平均值的比值都比正方形布置更接近于1。结合图7和图*可得，采用三角形布置时可以得到较为均匀的喷淋量分布。
表1不同布置方式喷淋量的均匀性布置方式最大/平均（喷淋量）最小/平均（喷淋量）正方形布置 1.930.54
三角形布置 1.310.74
ts2
3结论
本文针对海水淡化系统中空旋流式液体喷嘴进行了液体分布均匀性研究，喷淋液体分布基本上关于喷头喷淋中心对称分布，喷淋量主要集中在中间，喷淋分的喷淋量较小。降压散
喷淋流量的，喷淋度。喷淋角度对喷淋度的较小。喷淋高度的，喷淋密度渐减小但喷淋分布更均匀。当喷淋高度为600〜700—时，可以实现较为均匀的喷淋分布。
对两种喷头布置方案进行了均匀性分。正方形布置时，喷淋液主要集中于对角置，喷头间的喷淋量较小，实现较为均匀的喷淋分布。采用三角形布置时可以得到较为均匀的喷淋量分布，当喷淋高度500mm，中心距*50mm时喷淋量的分布比较均匀°参考文献：
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