1前言反应器中，当流体汇流到一定的条件，流体质点在径向某处开始产生一个越来越偏离径向流动 而逐步演化成切向流动和径向流动的叠加，生成围绕中心处和旋转流动，由于介质粘性的作用，发 展成漏斗状，这就是汇流漩涡’］，简称漩涡。对于冶金容器，在出流过程中，液面降低到某一高 度时就会产生漩涡，一般将产生贯通出流口的漏斗状漩涡时容器内的液体高度称为临界高度。在冶 金工艺中，有时为利用漩涡产生的渣钢（铁）良好接触来提高反应效率，需要诱发漩涡的产生，增 大反应器的漩涡临界高度，如应用于铁水脱硫的涡流反应器法。、”；有时为避免漩涡造成的卷渣 现象就必须抑制漩涡的产生，减小反应器的漩涡临界高度一“，如浇注过程中大包和中间包。对于 一个特定的反应器而言，在给定的条件下，其漩涡临界高度取决于出流口的大小和形状，对此本文 通过水模型实验进行了考察，以期为今后反应器的设计和应用提供一个基本的参考。2实验内容与 方法2．l出流口的设计在我们进行的平面射流连续反应器［’］研究中，为保证平面射流的形成 ，必须设计特殊形状的出流口。因而在水模实验中，设计了两种形状的出流口，一为通常采用的圆 形出流口，另一为缝隙式出流日，结构形状一尺寸如图l、图2，并以此来考察形状对漩涡临界高 度的影响。2．2实验内容门）测量出流口直径大小、缝隙宽度大小不同时的漩涡临界高度；（2 ）考察出流口面积相等时不同形状对出流口的漩涡临界高度的影响。2．3实验方法漩涡高度采用 目测法用钢板尺测量，如图3。上槽液位下降到一定高度时，缝隙式出流日上方会出现漩涡，记下 此时的液位高度；上槽液位继续下降时漩涡将贯通水口，同时记下此时的液位高度，每种情况下的 实验重复两次，取其测定平均值。然后将缝隙式出流口换成圆形出流日进行测量。2．4实验过程 按计算好的流量放水到设定的液面，稳定slnil后，关掉进水，容器内液位缓慢下降，观测并 记录漩涡出现和贯通时的液位高度。3实验结果与分析3．1实验现象实验观察到，随着出流过程 的进行，液体先垂直下降，降到一定高度时，液体便开始向出流口汇集，并在表面上产生凹涡。随 着液位的进一步下降，凹涡逐步演变成一个贯通出流口的漏斗状漩涡。漩涡对表面上的空气中介质 有很强的抽吸作用。另外还观察到，在使用缝隙式出流口时，一旦产生漩涡，出流就被分成两半， 无法形成完整的平面射流。可见，平面射流连续反应器中必须避免漩涡的产生。3．2测量结果与 分析为了比较，分别测量了缝隙式出流口的缝隙宽度为lmm、Zmrn、3min、4mm时产 生汇流漩涡的临界高度，具体结果列于表1。从表1中可知：门）产生汇流漩涡的临界高度同容器 内液位的高低无关，仅随出流口的缝隙厚度的增大而增大。这一规律同郑军等。‘j给出的结论一 致。（2）采用缝隙式出流口时的漩涡临界高度比较小。为了比较，分别测量了与缝隙宽度为lm m、Zn。、3min的缝隙式出流口出流面积相等的3种直径的圆型水口条件下的漩涡临界高度 ，其结果如表2。从表1和表2列出的实验结果可以看出，临界游涡高度随液体排出流量的增大而 增大，即临界高度随出流口直径的增大而增大。在经过出流口的流量相同的情况下，采用缝隙式出 流口比普通的圆形出流口能较大幅度地降低漩涡临界高度。采用缝隙式出流日比采用等截面的圆形 出流日能大大降低汇流漩涡的临界漩涡高度的原因可做如下分析：＠G．H．盖格等‘’l给出水 力当量直径De的表达式如下：De＝4A／X其中：A为过水断面积，X为过水断面润湿周长。 盖格等还指出当出流过水断面积是非圆形断面时，可用其当量直径作为特征长度。如图1，在使用 缝隙式出流口时，其当量直径De二4lL／2（L＋t）＝ZtL／（L＋t），L＞＞t，D e＝Zt，t为缝隙宽度，L为缝隙长度。在相同的出流面积情况下S＝tXL（缝隙出流面积） 二2X3．14X／（圆形出流口，r为半径），显然，r＞＞t，也即圆形出流口的直径远大于 缝隙式出流口的当量直径。在出流口流量相等的情况下，漩涡临界高度随水口当量直径的减少而减 少［引，因而缝隙式出流口的漩涡临界高度理应比圆形出流口的低得多。②如图4所示，在容器内 水流的原有流场不均匀性的作用下，可以把缝隙式出满口上方的流体旋转看成由许多微小旋转构成 ，它们的旋转方向均和容器内水流的旋转方向相同，这样，相邻的两微小旋转的速度场因旋转方向 刚好相反而得以相互抵消。如此，对整个缝隙式出流口来说，其上方的旋转程度便比圆形出流口大 大削弱了。4结论通过水模型实验与分析得到如下结论：（l）在出流口面积与出流流量相等的情 况下，漩涡的临界高度随出流口的直径（当量直径）的增大而增大。（2）采用缝隙式出流口时产 生漩涡的临界高度比采用同面积的圆形出流口时的低得多。这表面在平面射流连续反应中，漩涡对 平面射流形成的影响是比较小的。同时在进行其它反应器设计时这也可供考。反应器中出流口的大 小和形状对漩涡临界高度的影响@叶树峰$中科院化工冶金研究所!北京市100080@谢裕生 $中科院化工冶金研究所@黄晔$北京科技大学@金山同$北京科技大学@黄泽明$江西新余钢铁 有限责任公司@丁毅$江西新余钢铁有限责任公司游涡;;临界高度;;出流口形状通过水模型实 验考察了出流口的大小与形状对游涡临界高度的影响，得出：在出流口面积与出流流量相等的情况 下，漩涡的临界高度随出流口的直径（当量直径）的增大而增大；采用缝隙式出流口时产生漩涡的临界高度比采用同面积的圆形出流口时的低得多。这可供进行其它反应器设计时参考。1杨文熊.上海交道大学学报,1979,(1):40
2 1967:65
3 Yon. Dietrich Cleisberg, Giesserei, 1986,55,(1):1
4 黄晔,叶树峰等.钢铁研究学报,1995,17,(6):9-14
5 叶树峰,黄晔等.平面射流连续反应器的概念设计与功能评析.钢铁,1999(已录用,等发表)
6 郑军、武振廷.特殊钢,1990,15.(50):13～18
7 G.H.盖格, D. R.彼伊里尔著.俞景禄、魏季和译.冶金中的传热传质现象.冶金工业出版社,1981:149
8 Saith c.kria and Umakanth.Steel Research, 1994,65,(1):8-14掠喔痔邢拊鹑喂継丁毅$江西新余钢铁有限责任公司游涡; ;临界高度;;出流口形状通过水模型实验考察了出流口的大小与形状对游涡临界高度的影响，得 出：在出流口面积与出流流量相等的情况下，漩涡的临界高度随出流口的直径（当量直径）的增大 而增大；采用缝隙式出流口时产生漩涡的临界高度比采用同面积的圆形出流口时的低得多。这可供进行其它反应器设计时参考。1杨文熊.上海交道大学学报,1979,(1):40
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3 Yon. Dietrich Cleisberg, Giesserei, 1986,55,(1):1
4 黄晔,叶树峰等.钢铁研究学报,1995,17,(6):9-14
5 叶树峰,黄晔等.平面射流连续反应器的概念设计与功能评析.钢铁,1999(已录用,等发表)
6 郑军、武振廷.特殊钢,1990,15.(50):13～18
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8 Saith c.kria and Umakanth.Steel Research, 1994,65,(1):8-14
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