关于H2–CO2二元气体在三维旋流收敛-发散喷嘴中CO2自发凝结特性的研究

《Energy Technology》：Study on the CO2 Spontaneous Condensation Characteristics of H2–CO2 Binary Gas in 3D Swirling Convergent–Divergent Nozzle

氢气-二氧化碳二元气体旋流冷凝三维数值模型研究揭示，旋流对称性和叶片扭转角通过调控切向速度（达110.6m/s）影响二氧化碳凝结行为，双级旋流发生器使轴线处凝结率降低42.1%并促使凝结区向近壁区迁移。叶片扭转角180°-270°可协同优化相质量交换效率和液滴细化度。该成果为高效碳捕集技术开发提供理论支撑。

　　

摘要

本研究基于欧拉-欧拉模型和凝结动力学理论，建立了一个用于H₂–CO₂二元气体旋流凝结的3D数值模型。该模型揭示了旋流-超音速耦合场中CO₂自发凝结的动态过程。研究重点在于探讨旋流对称性和叶片扭转角度对富氢气体中CO₂凝结行为的影响机制。研究结果表明，旋流所产生的切向速度可达到110.6 m/s，使峰值马赫数向近壁区域径向迁移，并重新配置凝结的空间分布。在双级旋流发生器的作用下，喷嘴中心轴处的峰值成核率降至1.83 × 10²¹ m^?3·s^?1，相比无旋流状态降低了42.1%。此外，成核区域从流场中心转移到了壁面环形区域。旋流对称性决定了液相分布的形态，而叶片扭转角度在180°到270°范围内变化时，可以协同优化相质量交换效率和液滴细化程度。本研究为高效碳捕获技术的发展提供了理论支持。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。