空心旋流喷嘴常被用作水平管降膜蒸发器上的布液设备,其喷淋密度的大小和均匀性对水平管上液膜的均匀性和换热效率有很大影响。本文通过实验和数值模拟结合的方式来研究旋流室顶部为螺旋形结构的空心喷嘴,先完成喷淋特性实验,再利用数值模拟研究喷嘴结构参数对内外流场特性的影响,论文主要研究内容如下:通过制作可视化螺旋喷嘴,进行喷淋特性实验。采用高速摄像机进行内外流场特性的可视化研究,测量外部流场的喷淋密度特性。分析不同工况对空气柱、湍流流动、喷淋锥角以及喷淋密度的特性。随着入口压力的增大,空气柱顶部直径不断增大,其他位置直径基本不变,旋流扰动剧烈集中在旋流室上部。入口压力达到100k Pa时喷嘴稳定喷淋,液滴完全破碎,喷淋锥角维持在150°左右。外部流场喷淋区域呈“圆环状”,周向喷淋密度存在双峰值分别位于120°和280°附近的区域。入口压力过大时,峰值处喷淋密度均匀性出现恶化,单喷嘴喷淋实验在入口压力为150k Pa左右时喷淋效果较好。基于喷淋特性实验结果,先使用Proe建立不同结构参数喷嘴的三维模型,ICEM软件进行网格的划分,再使用Fluent软件模拟不同入口直径、旋流室收敛角、旋流室直径、螺旋导流结构等结构参数对内外流场特性的影响,进行结构参数的优化,得到了速度场、压力场、空气柱、周向有效喷淋密度的分布规律。所有工况入口速度和喷淋高度保持相同,增大入口直径加剧了气液间的扰动,空气柱直径变小,速度和压强不断增大,适当增大入口直径可以改善周向喷淋密度的不均匀性。增大旋流室收敛角对速度和压强基本不产生影响。周向有效喷淋密度的不均匀度降低,双峰值依然存在影响喷嘴的均匀性。增大旋流室直径速度和压强不断增大,气液间扰动变弱,加剧了周向喷淋密度分布的不均匀性。增大旋流室直径和导流结构直径,速度不断增大,压强先增大后减小,导流结构对流入旋流室的流体起到了很好的导流作用。喷嘴周向有效喷淋密度的均匀性随直径的增大不断提高,但旋流室直径和导流结构的直径不能过度增大。同时增大旋流室直径和导流结构直径对喷淋密度影响最大,存在一个最优的旋流室直径和导流结构直径使喷淋密度均匀性效果最佳。