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水力喷射空气旋流器(water-sparged aerocyclone,WSA)是一种利用液相射流在气相三维旋流场中的雾化现象与旋流场的静态超重力作用的新型高效的无填料气-液传质设备。为了进一步强化其内部气液传质过程并开拓该型设备在除尘领域的应用研究,本文通过氨氮废水吹脱实验与数值模拟,研究了分离空间结构、气相进口位置、设置底部挡板与液相中固相微粒对WSA内气液传质性能的影响,同时通过空气除尘实验,初步考察了该型设备的总除尘效率,利用量纲分析法总结出WSA高压降区域内气相速度、液相速度与粉尘浓度对水力喷射空气旋流器除尘性能的影响。研究结果表明:柱锥结合型WSA与柱型WSA相比具有较高的体积传质系数与气相压降,其原因为在前者中具有更强烈的射—旋流耦合作用;气相进口的沿WSA主筒体轴向下移并不能提高气液传质性能,但能有效降低约10%的气相压降,使得WSA整体能效得到提高,其原因在于气相进口的轴向下移能够减少气体旋流场与WSA器壁的摩擦损失;在WSA底部设置标准挡板能够提高低液相循环流量下体积传质系数,且提升效果随气速的增加而更加明显,其原因在于挡板的加入使液封表面气液两相接触面积更新速度加快,并使气液两相重新混合,提高了相间传质比表面积;而在液相中添加无吸附作用的固相颗粒能够有效提高WSA的气液传质性能,随着粒子固含率cs的增大,液侧传质系数kL、有效相界面积a、总体积传质系数kLa和增强因子E先增大后减小,并且kL、a、kLa随进口气速与射流速度的增加均增大,E随进口气速和射流速度增加而减小,进一步的研究表明,固相颗粒能够使得气液传质过程中的kL、a和表面更新频率S得到提高,表面更新机理为其强化气液传质过程的主要机理;WSA对PM2.5含量为66.44%的含尘气体具有93%以上的总除尘效率,在气相高压降区域内,气液两相操作参数与总除尘率之间的关系如η=98.67×Reg-0.013×Rel0.011所示,可知在高压降区域内WSA的总除尘率随射流速度的增加与进气速度的减小而提升,主要原因在于较高的进气速度与较低的射流速度会使射流的穿透深度降低,减少了气相中的尘粒与射流柱、液滴之间的碰撞几率。本文的研究结果对于设计传质性能良好的WSA及其传质过程的强化具有十分重要的指导意义,同时为拓宽该型设备在大气污染控制领域的应用提供了一定基础。