季　璨，王乃華，崔　崢，程　林

（山東大學(xué)熱科學(xué)與工程研究中心，山東 濟(jì)南 250061）

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高溫高壓噴霧閃蒸的蒸發(fā)特性

季璨，王乃華，崔崢，程林

（山東大學(xué)熱科學(xué)與工程研究中心，山東 濟(jì)南 250061）

基于新型高溫高壓噴霧閃蒸實(shí)驗(yàn)臺(tái)，以水為工質(zhì)，研究初始條件和運(yùn)行條件對(duì)閃蒸蒸發(fā)特性的影響。首次將液體初始溫度提高至100℃以上，將閃蒸罐運(yùn)行壓力保持為正壓，并使用具有獨(dú)特雙S形葉片的渦旋實(shí)心錐噴嘴，將液體向上或向下噴入閃蒸罐。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中液體初始溫度為135～150℃，閃蒸壓力分別為121、126、131、136、141、146 kPa，液體過(guò)熱度為30～46℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，閃蒸蒸汽流量隨初始溫度的提高而增大，隨閃蒸壓力的提高而減小。液體向下噴射比向上噴射產(chǎn)汽量更高，蒸汽帶水更少。閃蒸效率隨過(guò)熱度呈線性增長(zhǎng)，在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上擬合出二者之間的經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為高溫高壓噴霧閃蒸的工業(yè)應(yīng)用提供借鑒。

噴霧閃蒸；高溫高壓；影響因素；閃蒸效率；相變；兩相流；蒸發(fā)

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151702

引　言

閃蒸過(guò)程具有速度快、能耗低、分離效果好、冷卻能力高等優(yōu)勢(shì)，在海水淡化［1］、食品藥品干燥［2］、航天飛機(jī)高溫部件冷卻［3］、地?zé)崂茫?］等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)外對(duì)閃蒸的研究多集中于池水和水膜閃蒸。Miyatake等［5］最早對(duì)閃蒸機(jī)理展開研究，指出閃蒸可分為快速沸騰和表面蒸發(fā)兩個(gè)階段，提出了衡量閃蒸過(guò)程溫度變化和完成程度的兩個(gè)重要參數(shù)：不平衡溫差（NETD）和不平衡分?jǐn)?shù)（NEF）。Kim等［6］在水膜閃蒸實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了蒸發(fā)速率顯著減小的臨界時(shí)間點(diǎn)和NETD達(dá)極小值的初始溫度點(diǎn)。Jin等［7］利用PIV研究了多級(jí)閃蒸海水淡化閃蒸罐內(nèi)流動(dòng)特性，利用高速CCD攝像儀研究了過(guò)熱度對(duì)閃蒸情況的影響，分析了氣泡的形成、生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)。Saury等［8-9］研究了液體初始溫度、初始?jí)毫?、初始液位高度和降壓速率等因素?duì)水膜閃蒸蒸發(fā)量和蒸發(fā)速率的影響，并估算出閃蒸時(shí)間。楊慶忠等［10］研究了不同初始條件下NaCl溶液的靜態(tài)閃蒸過(guò)程，分析了閃蒸蒸發(fā)質(zhì)量的變化規(guī)律并擬合了實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。Yan等［11］基于兩套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)靜態(tài)閃蒸和循環(huán)閃蒸的NEF、蒸發(fā)量和傳熱系數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，并建立了適用于這兩種閃蒸模式的換熱計(jì)算模型。Zhang等［12］通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了純水和NaCl溶液靜態(tài)閃蒸過(guò)程的蒸汽攜帶效應(yīng)，并提出了相關(guān)的計(jì)算模型。Zhang等［13］探討了過(guò)熱度、流量、壓力對(duì)水膜循環(huán)閃蒸NEF和傳熱系數(shù)的影響。

近年來(lái)，過(guò)熱射流閃蒸研究也取得一定進(jìn)展。Miyatake等［14］研究了射流初始溫度為60℃時(shí)，過(guò)熱度、流速、噴嘴直徑對(duì)閃蒸的影響，發(fā)現(xiàn)液體射流閃蒸速率比池水閃蒸快得多，提出了預(yù)測(cè)液體溫度與時(shí)間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。Ikegami等［15］通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究了流體噴射方向?qū)ι淞髦行木€量綱1溫度的影響。El-Fiqi等［16］在實(shí)驗(yàn)中得出了閃蒸蒸發(fā)量與初始溫度、閃蒸壓力、過(guò)熱度的關(guān)系。Muthunayagam等［17］建立了蒸汽擴(kuò)散模型，預(yù)測(cè)26～32℃的海水以細(xì)小液滴方式噴入低壓蒸發(fā)器中的閃蒸過(guò)程，并用一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)模型的預(yù)測(cè)做出了驗(yàn)證。Mutair等［18-20］在一系列過(guò)熱射流閃蒸實(shí)驗(yàn)中，觀察了流動(dòng)狀況對(duì)閃蒸射流特性和閃蒸強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)射流中心線上，沿噴射方向分為3個(gè)區(qū)域——速度核心區(qū)、噴霧區(qū)和飽和區(qū)，提出了預(yù)測(cè)射流中心線溫度變化的指數(shù)型衰減曲線，估算閃蒸結(jié)束的位置并提出關(guān)聯(lián)式。

綜合來(lái)看，前人對(duì)閃蒸的研究多以池水和水膜閃蒸為主；在射流閃蒸方面，射流初始溫度較低，均在100℃以下；過(guò)熱度范圍較小，均低于22℃；閃蒸罐內(nèi)壓力均低于大氣壓；所采用的噴嘴也多為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的圓柱型噴嘴。對(duì)于可在余熱發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域有較高應(yīng)用價(jià)值的高溫高壓噴霧閃蒸，未見(jiàn)專門報(bào)道。因此，本文基于新型高溫高壓噴霧閃蒸實(shí)驗(yàn)臺(tái)，將液體初始溫度提高至100℃以上，將過(guò)熱度范圍擴(kuò)大至30～46℃，將閃蒸罐運(yùn)行壓力保持為正壓，并選用具有獨(dú)特雙S形葉片的渦旋實(shí)心錐噴嘴。通過(guò)變工況實(shí)驗(yàn)，探究液體初始溫度、閃蒸壓力、過(guò)熱度和噴射方向等因素對(duì)閃蒸蒸發(fā)特性的影響，擬合出具有代表性的經(jīng)驗(yàn)公式，拓展噴霧閃蒸的研究范圍，為高溫高壓閃蒸的工業(yè)應(yīng)用提供重要參考。

1　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法

1.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

高溫高壓噴霧閃蒸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。主要由加熱裝置、閃蒸系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。具體工作過(guò)程為：一定流量的水在加熱器內(nèi)加熱至目標(biāo)溫度后，通過(guò)噴嘴進(jìn)入閃蒸罐，發(fā)生閃蒸。閃蒸蒸汽由罐體頂部的管道輸送至集氣箱，剩余的水由罐體底部的管道泵送回加熱器，進(jìn)入下一輪循環(huán)。由于蒸發(fā)，罐內(nèi)的水量減少，需從補(bǔ)水水箱及時(shí)補(bǔ)入。

閃蒸罐專為高溫高壓閃蒸過(guò)程而設(shè)計(jì)，主體為圓柱形筒體，上下配有標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，直徑2.5 m，總高5.33 m。材料為Q345R，壁厚30 mm，可承壓達(dá)3 MPa。罐體及管道外部均包覆厚度為100 mm的硅酸鋁針刺毯保溫材料。閃蒸罐的供水管道有兩條，對(duì)稱地安裝于筒體的上部和下部，朝向均沿筒體軸線，可分別滿足液體向下或向上噴射的要求。

實(shí)驗(yàn)選用渦旋實(shí)心錐噴嘴，其內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)獨(dú)特的S形葉片，霧化效果良好，噴霧角度為90°。噴嘴外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要尺寸參數(shù)列于表1中。

表1　R噴嘴主要尺寸Table 1　Main dimensions of nozzle

圖1　噴霧閃蒸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig. 1　Schematic diagram of spray flash evaporation experimental system

圖2　噴嘴外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig. 2　Shape and internal structure of nozzle

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，流體的溫度由PT100型熱電阻溫度計(jì)測(cè)量，流體的壓力由EJA430A型壓力變送器測(cè)量，水的流量由LWGY型渦輪流量計(jì)測(cè)量，蒸汽的流量由YF100型旋渦流量計(jì)結(jié)合XSJ-39AIK型流量數(shù)字積算儀測(cè)量。儀表所測(cè)數(shù)據(jù)由XMD5000型巡檢儀實(shí)時(shí)記錄。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，閃蒸罐供水溫度的控制通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器供給的熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)。罐內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)和維持，通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)安裝于蒸汽管道上的調(diào)閥開大或關(guān)小來(lái)實(shí)現(xiàn)。該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收壓力傳感器測(cè)得的罐內(nèi)部壓力信號(hào)，并與設(shè)定的目標(biāo)壓力作比較，通過(guò)兩者的偏差，判斷調(diào)閥的開大或關(guān)小，并帶動(dòng)調(diào)閥動(dòng)作，以此使閃蒸壓力保持為目標(biāo)壓力。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)開始前，使系統(tǒng)預(yù)先運(yùn)行2 h，以除去系統(tǒng)中的不凝氣體。正式實(shí)驗(yàn)時(shí)，將加熱器出口液體溫度控制在目標(biāo)溫度，將閃蒸罐內(nèi)的壓力設(shè)置為目標(biāo)壓力，調(diào)節(jié)供水管道閥門開度達(dá)目標(biāo)供水流量，開始一組實(shí)驗(yàn)；待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定階段，記錄數(shù)據(jù)。

采用控制變量法，進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)。分別改變液體初始溫度、閃蒸壓力或噴射方向之中的一個(gè)參數(shù)，保持其他參數(shù)恒定。各參數(shù)的變化范圍列于表2中。其中，過(guò)熱度ΔTs代表液體初始溫度T0與閃蒸壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度Ts之差，即ΔTs= T0-Ts。

表2　R實(shí)驗(yàn)參數(shù)變化范圍Table 2　Range of experimental parameters

1.3不確定度分析

使用Moffat［21］的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)中的直接測(cè)量參數(shù)進(jìn)行不確定度分析，計(jì)算結(jié)果列于表3中。

表3　R不確定度分析Table 3　Uncertainty analysis

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1初始溫度對(duì)閃蒸蒸發(fā)量的影響

圖3　不同工況下閃蒸蒸汽流量與初始溫度的相對(duì)關(guān)系Fig. 3　Relationship between vapor mass flow rate and initial temperature under different conditions

圖3為當(dāng)閃蒸壓力、供水流量和噴射方向其中一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，閃蒸蒸汽流量隨液體初始溫度變化的曲線。這3組不同工況下的圖線呈相同趨勢(shì)，即蒸汽流量隨初始溫度的提高而增大。選取兩組工況作為代表，將大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以散點(diǎn)圖形式示于圖4?？梢钥偨Y(jié)出，無(wú)論閃蒸壓力、流量和噴射方向如何，閃蒸蒸汽流量均是液體初始溫度的增函數(shù)。這是由于在一定的閃蒸平衡壓力下，液體的初始溫度越高，其距離平衡狀態(tài)越遠(yuǎn)，達(dá)到平衡狀態(tài)所需釋放的能量越多，因此蒸發(fā)量越大。而且，初始溫度的提高促進(jìn)了氣泡的形成和生長(zhǎng)，從而促進(jìn)蒸發(fā)。另外，隨著溫度的升高，水的汽化潛熱減小，這進(jìn)一步推動(dòng)了蒸發(fā)的進(jìn)行。所以，初始溫度的提高對(duì)閃蒸起到加強(qiáng)作用。

2.2閃蒸壓力對(duì)閃蒸蒸發(fā)量的影響

圖5是液體初始溫度保持為145℃、向上噴射和向下噴射時(shí)，閃蒸蒸汽流量隨閃蒸罐內(nèi)壓力變化的曲線。可以看出，在每個(gè)工況下，蒸汽量均隨著閃蒸壓力的提高而減小。這可以解釋為，在初始溫度一定的情況下，罐內(nèi)壓力提高，其對(duì)應(yīng)的飽和溫度也相應(yīng)提高，液體過(guò)熱度減小，閃蒸的驅(qū)動(dòng)力減小，故蒸發(fā)量減少。從工程應(yīng)用的角度來(lái)看，閃蒸壓力越低，蒸發(fā)速率越快，但蒸汽品質(zhì)越低；相反，閃蒸壓力越高，蒸汽品質(zhì)越高，但蒸汽量越少。所以，應(yīng)將閃蒸壓力控制在合理范圍內(nèi)，兼顧蒸汽量和蒸汽品質(zhì)兩方面的要求。

2.3噴射方向?qū)﹂W蒸蒸發(fā)量的影響

圖6給出了相同條件下，向下噴射和向上噴射時(shí)閃蒸蒸汽流量的對(duì)比。在實(shí)驗(yàn)所涉及的過(guò)熱度范圍內(nèi)，向下噴射的產(chǎn)汽量均高于向上噴射。向上噴射時(shí)，部分較小的液滴在向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，因質(zhì)量輕而易受到上升氣流的作用，很可能還未完成閃蒸就被帶出閃蒸罐；向下噴射時(shí)，這種可能性則降至最低，若小液滴在下降過(guò)程中未閃蒸完全而被上升氣流帶起，則可在上升過(guò)程中繼續(xù)蒸發(fā)。實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象也可印證這一點(diǎn)：向下噴射時(shí)，閃蒸蒸汽不帶水或帶水極少；而向上噴射時(shí)，則可觀察到較為明顯的蒸汽帶水現(xiàn)象。蒸汽帶水多會(huì)給其后續(xù)利用帶來(lái)不便，因此從減小蒸汽帶水量和增多蒸汽流量這兩個(gè)角度來(lái)考慮，都應(yīng)選擇向下噴射。

圖4　閃蒸蒸汽流量隨初始溫度的變化Fig. 4　Evolution of vapor mass flow rate vs initial temperature

通過(guò)圖6還可觀察出，向上與向下噴射的產(chǎn)汽量差距在中等過(guò)熱度范圍內(nèi)（35～40℃）最大；在過(guò)熱度相對(duì)較低時(shí)（＜35℃）差距相對(duì)較??；在過(guò)熱度較高時(shí)（＞40℃）二者有越來(lái)越接近的趨勢(shì)。這一現(xiàn)象可以解釋為，過(guò)熱度相對(duì)較低時(shí)，蒸發(fā)進(jìn)行的相對(duì)平穩(wěn)，罐內(nèi)的擾動(dòng)并不劇烈，小液滴被帶出的可能性相對(duì)較小。隨著過(guò)熱度的增大，罐內(nèi)擾動(dòng)加劇，尤其向上噴射時(shí)小液滴被帶出的概率增大，因此與向下噴射的產(chǎn)汽量差距加大。過(guò)熱度進(jìn)一步增大時(shí)，向上和向下噴射產(chǎn)汽量的差距反而減小。這是因?yàn)檫^(guò)熱度的增加使閃蒸發(fā)生的位置提前，同時(shí)也使閃蒸的速率加快，雖然較小的液滴仍存在被帶出的可能性，但大部分已在被帶出之前就完成了蒸發(fā)，因此向上噴射與向下噴射的產(chǎn)汽量差距縮小。

之前曾有學(xué)者對(duì)噴射方向的影響進(jìn)行過(guò)研究。Ikegami等［15］在初始溫度24～40℃、過(guò)熱度2.5～12.5℃的實(shí)驗(yàn)條件下，選用圓柱型噴嘴，進(jìn)行了射流向上和向下噴射閃蒸對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是向上噴射時(shí)閃蒸完成距離更短，可使系統(tǒng)更緊湊。這與本文得出的向下噴射效果更佳的結(jié)論相反。Ikegami等［15］的實(shí)驗(yàn)中，液體初始溫度較低，過(guò)熱度范圍很小，液體進(jìn)入閃蒸罐的形態(tài)是射流，閃蒸進(jìn)行的并不劇烈。而且，該文獻(xiàn)的結(jié)論是在對(duì)初始溫度值和射流速度值均有嚴(yán)格限制的條件下得出的，不具有普適性。這說(shuō)明在不同條件下進(jìn)行的閃蒸實(shí)驗(yàn)可能會(huì)得出完全相反的結(jié)論，初始溫度的高低、過(guò)熱度范圍的大小、射流是否得到良好霧化，都是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素。本實(shí)驗(yàn)中，液體初始溫度很高，過(guò)熱度范圍較大，射流霧化良好，液體進(jìn)入罐內(nèi)的形態(tài)是液滴，閃蒸進(jìn)行的較為劇烈，對(duì)液體速度也沒(méi)有嚴(yán)格限制，因此得出了通用性較強(qiáng)的結(jié)論。尤其考慮到本文的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖枪こ虘?yīng)用，更應(yīng)全面考慮實(shí)際情況，例如蒸汽帶水的情況，選擇合適的閃蒸形式。綜合來(lái)看，實(shí)際應(yīng)用中推薦向下噴射，因其兼具產(chǎn)汽量高、帶水量少、覆蓋完全、能充分利用罐內(nèi)空間等優(yōu)勢(shì)。

2.4過(guò)熱度對(duì)閃蒸的影響及經(jīng)驗(yàn)公式的擬合

液體的過(guò)熱度被普遍認(rèn)為是閃蒸的驅(qū)動(dòng)力，它消除了對(duì)初始溫度和閃蒸壓力的雙重依賴性，是噴霧閃蒸研究中具有代表性的綜合變量。因此，以過(guò)熱度為自變量，研究其對(duì)閃蒸的影響并擬合經(jīng)驗(yàn)公式。

前文中的研究對(duì)象均為閃蒸蒸汽質(zhì)量流量，該參數(shù)非常直觀地反映出閃蒸的蒸發(fā)情況，但是在供水流量不同的情況下，不具有通用性。因此，此處定義一個(gè)新的參數(shù)——閃蒸效率，其含義是閃蒸蒸汽質(zhì)量流量占供水質(zhì)量流量的百分比，定義式為式（1）。閃蒸效率可作為衡量各工況下閃蒸情況的通用參數(shù)。

如前文所述，在本文的實(shí)驗(yàn)條件下，向下噴射的綜合性能更佳。因此匯總向下噴射時(shí)，各流量、初始溫度、閃蒸壓力下的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，涵蓋了30～46℃的較大的過(guò)熱度范圍，繪制出閃蒸效率與過(guò)熱度的散點(diǎn)圖，如圖7所示?？梢杂^察出閃蒸效率隨過(guò)熱度基本呈線性增長(zhǎng)。較高的過(guò)熱度不僅增多了液體的不穩(wěn)定能量，而且促進(jìn)了氣化成核，使閃蒸發(fā)生的位置提前，甚至在噴嘴內(nèi)部就發(fā)生，減小了噴霧液滴粒徑，提高了閃蒸效率，因此過(guò)熱度是閃蒸的驅(qū)動(dòng)力。采用線性擬合方法，得出閃蒸效率與過(guò)熱度之間的經(jīng)驗(yàn)公式

由式（2）計(jì)算出的結(jié)果也一并示于圖7。

圖8給出了所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與由式（2）所得的計(jì)算值的對(duì)比。定義計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值之間的相對(duì)誤差為

根據(jù)式（3）繪制出相對(duì)誤差為±30%的兩條線，有超過(guò)93%的數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差在±30%以內(nèi)。

圖7　閃蒸效率隨過(guò)熱度的變化：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果Fig. 7　Evolution of flash efficiency vs superheat：experimental results and calculated values

圖8　計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差Fig. 8　Relative error between calculated values and experimental results

3　結(jié)　論

本文基于新型高溫高壓噴霧閃蒸實(shí)驗(yàn)臺(tái)，首次將液體的初始溫度提高到135～150℃，將閃蒸壓力提高到大氣壓以上，將過(guò)熱度范圍擴(kuò)大到30～46℃，拓展了閃蒸研究范圍。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，探究液體初始溫度、閃蒸壓力、噴射方向和過(guò)熱度對(duì)閃蒸特性的影響，擬合出經(jīng)驗(yàn)公式，得到以下主要結(jié)論。

（1）無(wú)論閃蒸壓力、供水流量和噴射方向如何，當(dāng)液體初始溫度提高時(shí)，閃蒸蒸汽流量均隨之增大。

（2）在其他條件一定的情況下，閃蒸蒸汽流量隨閃蒸罐內(nèi)壓力的提高而減小。較高的閃蒸壓力對(duì)應(yīng)較高的蒸汽品質(zhì)和較低的蒸汽產(chǎn)量，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定合適的閃蒸壓力。

（3）噴射方向向下時(shí)蒸汽產(chǎn)量更高，且蒸汽帶水量更少，更有利于實(shí)際應(yīng)用。

（4）過(guò)熱度是閃蒸的驅(qū)動(dòng)力，本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映出閃蒸效率與過(guò)熱度呈線性關(guān)系。根據(jù)所有結(jié)果擬合出經(jīng)驗(yàn)公式，其適用范圍是30≤ΔTs≤46℃。

符號(hào)說(shuō)明

pev——閃蒸罐內(nèi)壓力，kPa

qm，ev——閃蒸蒸汽質(zhì)量流量，t·h-1

qm，in——閃蒸罐供水質(zhì)量流量，t·h-1

qv，in——閃蒸罐供水體積流量，m3·h-1

T0——液體初始溫度，℃

ΔTs——過(guò)熱度，℃

η ——閃蒸效率，%

下角標(biāo)

cal ——計(jì)算值

exp ——實(shí)驗(yàn)值

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Evaporation characteristics of spray flash evaporation at high temperature and high pressure

JI Can， WANG Naihua， CUI Zheng， CHENG Lin
（Institute of Thermal Science and Technology， Shandong University， Jinan 250061， Shandong， China）

The influence of initial and operating conditions on spray flash evaporation characteristics was investigated based on a new high-temperature and high-pressure spray flash evaporation system. Water was used as the working fluid. The initial liquid temperature was raised to above 100℃ and the pressure inside the flash chamber was maintained positive for the first time. A specially-designed swirl nozzle with two S-shaped internal vanes was used to inject liquid upward or downward into the flash chamber. The experiments were conducted at initial temperatures ranging from 135 to 150℃， pressures of 121， 126， 131， 136， 141 and 146 kPa and superheats from 30 to 46℃. The results indicated that the mass flow rate of vapor generated by flashing increased with the increase of initial temperature and decreased with the increase of pressure. Downward injection outperformed upward injection for higher vapor generation rate and less water carried out by vapor. The flash efficiency was found to increase linearly with the degree of superheat. An empirical equation between flash efficiency and the degree of superheat was proposed based on a large amount of experimental data. The results provided reference for the application of spray flash evaporation at high temperature and high pressure in industrial fields.

spray flash evaporation； high temperature and high pressure； influencing factors； flash efficiency；phase change； two-phase flow； evaporation

date： 2015-11-11.

Prof. CHENG Lin， cheng@sdu.edu.cn

supported by the National Basic Research Program of China （ 2013CB228305）.

TK 124

A

0438—1157（2016）05—1771—07

2015-11-11收到初稿，2016-02-18收到修改稿。

聯(lián)系人：程林。第一作者：季璨（1989—），女，博士研究生。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2013CB228305）。