液体分布器小孔流量系数变化规律.pdf

研究与开发 收稿日期:液体分布器小孔流量系数变化规律张亚辉解雅茹卢炳攀刘文涛(杭氧集团股份有限公司浙江 杭州)摘要:孔口流动的影响因素非常复杂将小孔流量系数视为常数是不合理的对其进行系统研究对于液体分布器的设计是非常重要也是非常必要的 为了研究小孔流量系数的变化规律以流体力学实验为手段对不同结构、不同开孔方式、不同小孔孔径的液体分布器及液体孔板进行水力学实验研究通过实测数据验证了实际的小孔流量系数是随着孔径和液位变化的在进行液体分布器液位计算时应遵循小孔流量系数的变化规律进行设计取值以达到分布器的精细化设计关键词:液体分布器小孔流量系数影响因素变化规律水力学试验中图分类号:.文献标志码:文章编号:():/(.):.:目前填料塔设计中广泛使用开小孔的槽盘式液体分布器流量系数是液体分布器设计中重要的参数之一 分布器液位高度的计算公式是相同的其差别在于小孔流量系数的取值不同 关于小孔流量系数的研究有很多在国内外一些文献中均认为它是常数值文献推荐多孔型液体分布器流量系数取 在手册里介绍了孔流系数根据打孔方式取值不同对于冲压孔的流量系数取 而对于钻孔的流量系数取 在国内化学工程手册中则推荐钻孔的流量系数取 流体在孔口处的流动是非常复杂的影响因素有很多简单的将流量系数视为常数进行分布器的设计是不合理的 近些年来也有一些学者对小孔流量系数进行了更多的研究提出在实际计算中不能将小孔流量系数看作常数 曹睿等人研究发现小孔流量系数与孔径、板厚、液位高度等因素有关张剑慈等人研究了小孔流量系数随雷诺数的变化规律各种开孔方式的取值具有各自的特点本文以水力学试验为手段对不同结构、不同开孔方式、不同小孔孔径的液体分布器及液体孔板进行研究目的在于发现影响小孔流量系数的因素有哪些及小孔流量系数随着影响因素变化存在的变化规律第 卷第 期低 温 与 特 气 年 月 水力学试验研究.小孔流量系数的计算方法当 时由于孔口截面上各点的计示静水头差异很小可忽略水头高度对出流截面流速的影响称为小孔口 对于小孔口来说可以将其视为质点小孔口的理想流量计算如式()()式中为理想流量/为孔口面积 为重力加速度/为液位高度流量系数的物理意义就是实际流量与理想流量之比.试验装置及流程槽式液体分布器分为侧边开孔型和底部开孔型结构形式如图 所示 开孔的方式分为冲孔和激光打孔 分别对不同结构和不同开孔方式的分布器进行水力学试验研究.侧边开孔 .底部开孔图 侧边开孔和底部开孔形式的分布器.水力学试验台位如图 所示 测试所用介质为水 试验流程为先将分布器放置到台位上保证分布器的水平度然后设置进水流量值通过泵将水打到分布器中 待分布器中的液位稳定后沿分布器的圆周指定 个测试点分别测试分布器在不同流量下的液位高度 在进行小孔流量系数测定时水是可以循环利用的图 槽盘式分布器水力学试验台位.液体孔板水力学试验台位如图 所示测试所用介质为水 试验流程为在水箱底部安装要进行测试的孔板通过进水阀将水缓慢引入到水箱的挡水槽中水箱的溢流挡板可以控制液位的高度待液流稳定后用收集器将流出的液体收集到量杯中收集液体时间为 并记录数据.进水阀.水箱.孔板.液体收集器.蓄水池图 液体孔板水力学试验台位.结果与分析.槽式液体分布器小孔流量系数.不同结构形式对流量系数的影响侧边开孔分布器和底部开孔分布器开孔大小均为 对两种结构形式的分布器分别进行了水力学试验对每个流量值测试 组有效数据并进行计算汇总结果如表 所示 在进入分布器的流量相同时分布器开孔的位置对小孔流量系数影响不大当流量发生变化时小孔流量系数也会随之变化即液位高度对小孔流量系数有影响小孔流量系数不是一个常数表 不同结构形式液体分布器小孔流量系数 序号侧边开孔底部开孔流量/流量系数流量/流量系数.注:列举部分试验数据供参考.不同开孔方式对流量系数的影响分别研究了两只底部开孔的分布器一只开孔方式为冲孔另一只开孔方式为激光打孔两只分布器的第 期张亚辉等:液体分布器小孔流量系数变化规律开孔大小一样 对每个流量值测试了 组有效数据并进行计算汇总水力学试验结果如表 所示 冲孔和激光打孔方式对小孔流量系数影响不大但是小孔流量系数绝非常数也是会随着流量的变化而变化的表 不同开孔方式液体分布器小孔流量系数 序号冲孔激光打孔流量/流量系数流量/流量系数.注:列举部分试验数据供参考.不同开孔孔径对流量系数的影响分别研究了两只底部开孔的分布器一只开孔孔径为 另一只开孔孔径为 对每个流量值测试 组有效数据并进行计算汇总水力学试验结果如表 所示 分布器开孔孔径大小对小孔流量系数是有影响的孔径越小流量系数越大表 不同开孔孔径液体分布器小孔流量系数 序号 孔径 孔径流量/流量系数流量/流量系数.注:列举部分试验数据供参考 通过上述结果分析可知液体分布器的结构形式、分布器的开孔方式对小孔流量系数影响不大但是开孔孔径的大小和液位的高度会影响小孔流量系数 由此可知小孔流量系数的影响因素有开孔孔径大小和液位高度等后续通过液体孔板的水力学试验来研究小孔流量系数和孔径及液位间的关系.液体孔板小孔流量系数液体孔板开孔直径大小分别为 开孔方式为冲孔 每块孔板的测试液位从 到 共测试 个液位值每个液位值测试 次取其平均值作为实际流量通过公式来计算出每个液位值的理想流量从而得到小孔流量系数值液位及孔径对小孔流量系数的影响曲线如图 所示图 液位及孔径对小孔流量系数的影响.由图 可以看出孔口直径的大小和液位高度对小孔流量系数影响很大小孔流量系数随着孔口直径的增加而减小随着液位高度的增加呈先增加后减小然后渐趋于稳定的趋势 结 论在进行水力学试验过程中因为人为因素的影响结果存在一定的误差但是结果的指导方向性是正确的 液体分布器的开孔位置(底开或是侧开)及开孔方式(冲孔或激光打孔)对小孔流量系数影响不大 但是小孔流量系数和开孔孔径大小及液位高度等因素有关并非是常数 小孔流量系数随着孔口直径的增加逐渐减小随液位高度的增加先增加再减小然后逐渐趋于稳定且曲线存在峰值 因此在进行槽盘式液体分布器液位计算时应遵循小孔流量系数的变化规律进行设计取值以达到分布器的精细化设计参考文献:化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书塔设备设计.上海:上海科学技术出版社.时均汪家鼎余国琮等.化学工程手册(上卷).北京:化学工业出版社.朱有庭曲文海于浦义等.化学工程手册(下卷).北京:化学工业出版社.曹睿刘艳升严超宇等.垂直锐边孔口的自由出流特性()流动状态和孔结构参数对孔流系数的影响.化工学报 ():.张剑慈董谊仁.填料塔孔口型液体分布器液体穿孔流量系数实验研究.化学工程 ():.作者简介:张亚辉()男硕士研究生工程师从事深冷技术工作 低 温 与 特 气 第 卷