三喷嘴蒸汽喷射泵的三维数值模拟研究及分析

蒸汽喷射泵的操作工况在偏离设计值时,喷射性能会严重恶化。本文借助连续介质力学数值模拟工具-STARCCM+,对三喷嘴蒸汽喷射泵内部流场进行了三维数值模拟。分析了操作参数(背压、工作蒸汽压力和引射蒸汽压力)对其喷射系数的影响,并与相同工况下单喷嘴蒸汽喷射泵进行对比。此外,对三喷嘴蒸汽喷射泵的结构参数(喷嘴轴线的汇交点位置)进行了考察。结果表明,在工作蒸汽变工况操作条件下,三喷嘴蒸汽喷射泵能够保持稳定、可靠运行;在相同工况下,三喷嘴蒸汽喷射泵的临界背压值小于单喷嘴。在多喷嘴蒸汽喷射泵的设计中,各喷嘴轴线的汇交点位置存在一最佳值。     

蒸汽喷射泵理论

在喷射泵中假设一个流体的典型模型,作者已从理论上阐明了下列各项: (1)喷射泵特性曲线方程 (2)相似法则 (3)吸入流和喷射流的分子量对喷射泵性能的影响 (4)双曲线法则 (5)喷射泵能力的极限 (6)压缩比 1、蒸汽喷射泵 蒸汽喷射泵通常做为真空泵使用,在做为压缩机使用时称为热压机。图1是其截面图和部件名称。由于它没有运动的部分,只是内部气体的高速流动,因而有很多优点。若由喷嘴喷射水蒸汽(喷射空气时叫空气喷射泵),那么高速的喷射蒸汽就要与被抽气体碰撞、混合,业将速度头传给被抽气体,在通过扩散器的时候转换为压力头。在扩散器喉部之前…     

不同喷嘴距的CO2两相引射器实验研究

为研究引射器结构、性能及其内部流动机制对引射系统性能提升的影响,本文设计加工了具有压力测点的不同喷嘴距可视化引射器,并在跨临界CO2引射膨胀制冷实验装置上进行测试,获得了不同喷嘴距下CO2两相引射器的引射系数和压力恢复性能,利用压力传感器测量了主动流喷嘴、混合段和扩压段内的压力分布,利用高速相机拍摄得到了主动流膨胀角度、膨胀长度和相变位置。研究结果表明：喷嘴距会通过膨胀轮廓来影响引射器性能系数：喷嘴距为4 mm时,膨胀长度短,膨胀角度大,压力恢复系数高但引射系数低;适当增大喷嘴距为6 mm和8 mm时,主动流的欠膨胀程度减小,膨胀长度变长,膨胀角度减小,引射系数得到提升;喷嘴距为10 mm时,膨胀角度开始增加,引射系数和压力恢复系数均较低。在本文实验工况下,引射器的最优喷嘴距在6～8 mm之间。     

吸入压力对水蒸汽喷射泵抽气性能影响的数值分析

为研究水蒸汽喷射泵内部工作蒸汽与被抽气体的流动及其相互作用规律,考察被抽气体压力改变引起的膨胀比、压缩比变化对泵性能的影响机制,基于realizablek-ε湍流模型,建立了描述喷射泵内跨音速流动的数学模型。对喷射泵内压力沿壁面的分布进行了数值模拟。模拟结果与实验数据有很好的一致性,验证了理论模型的适用性。应用所建模型,在不同被抽气体压力条件下,对喷射泵内部被抽气体流动迹线、质量流率分布进行了数值预测,并计算了泵的引射系数。结果表明,被抽气体的质量流率随吸入压力的升高而增大,在被抽气体有效流动截面变化不大的情况下,使喷射泵引射系数相应增加,说明被抽气体压力增加引起的压缩比减少对引射系数的增加作用强于膨胀比减小对引射系数的减小作用。     

碳纤维复合材料超声辅助磨削加工表面质量影响因素及交互作用研究

碳纤维复合材料属于典型的难加工材料。为了改善超声辅助磨削加工碳纤维复合材料的表面质量,选取表面粗糙度(Ra)与磨削力(Fz)作为研究对象,主轴转速(A)、进给速度(B)、磨削深度(C)、工具粒度(D)这几个关键的工艺参数作为优化变量进行超声辅助磨削试验。结合响应面分析法,建立能够较好反映各优化变量对Ra和Fz的预测回归模型。通过方差分析和建立的响应面3D图,得出各参数及其交互作用对响应变量影响的显著性及其影响规律。借助Design Expert软件优化后得到在考虑这些交互作用下的最优工艺参数组合为:A=4500 r/min,B=8 mm/min,C=0.1 mm,D=275 um。     

喷射器的计算──奥芳夫计算法的简化和大膨胀比下引射系数取值的讨论

一、概述 在喷射器的设计计算中,引射系数的取值是一个关键问题。目前,工作压强在1托以上的水蒸汽喷射泵利用那些主要以试验为基础的简化计算法(如维列杰尔简化计算法,以下简称维氏法)计算,一般说来,问题不大。但是,当设计条件超出了所给范围时,这种简化计算法就无能为力了。就维列杰尔的引射系数曲线图而言,其工作蒸汽的膨胀比最大为4000(见图2中的实线)。膨胀比再大,用它来确定引射系数就有困难。而工作压强在1托以下的泵,其第一级或前两级喷射器中工作蒸汽的膨胀比往往超过4000,在这种大膨胀比下引射系数的取值问题、则需要依靠其他的理…     

喷嘴长度和喷嘴出口位置对喷射器性能的影响

为提高喷射器的引射性能,利用Fluent软件对喷射器的内部流场进行数值模拟,研究了喷嘴轴向长度和喷嘴出口位置对喷射器引射性能的影响规律。结果表明:喷嘴扩散角对喷射器的引射性能影响很小;当喷嘴收缩段长度为喷嘴喉部直径的6倍,喷嘴出口位置为混合室圆柱段直径的1.8倍时,喷射器的引射性能最佳。研究结果可以为喷射器的结构参数优化提供参考。     

喷嘴长度和喷嘴出口位置对喷射器性能的影响北大核心CSCD

为提高喷射器的引射性能,利用Fluent软件对喷射器的内部流场进行数值模拟,研究了喷嘴轴向长度和喷嘴出口位置对喷射器引射性能的影响规律。结果表明:喷嘴扩散角对喷射器的引射性能影响很小;当喷嘴收缩段长度为喷嘴喉部直径的6倍,喷嘴出口位置为混合室圆柱段直径的1.8倍时,喷射器的引射性能最佳。研究结果可以为喷射器的结构参数优化提供参考。     

万吨级海水淡化用蒸汽喷射压缩器(TVC泵)的试验研究

本文通过对用于万吨级海水淡化的大型蒸汽喷射压缩器(TVC泵)进行模拟工作环境的实物试验,研究操作工况及喷嘴结构参数对喷射泵性能的影响规律,为设计适用于低温多效蒸发海水淡化工程工况的性能优良和喷嘴可调式的蒸汽喷射压缩器,提供了有益的设计验证和试验研究.     

液-气引射制冷系统实验研究

流体力学伯努力方程表明,采用较高密度的工作流体可以在相同的速度变换下,获得较大的压力变化。根据这一原理,针对液-气引射制冷系统中的引射器,通过采用高密度的盐溶液和室温液态金属替代传统工作流体水来探究高密度工作流体工作过程中系统的运行特性。并通过结构优化,将喷嘴从简单喷嘴替换成内环型喷嘴,增大喉嘴距等改进措施,提高系统制冷性能。实验研究发现,驱动流体密度对系统制冷性能具有重要影响;内环型喷嘴较简单喷嘴具有明显优势;喉嘴距从5 mm增加到13 mm过程中,系统制冷性能并不是单调提高的,而在10 mm出现最优值;实验得到了几种工作流体的制冷特性,为液-气引射制冷系统的改进提供了参考。     

蒸汽喷射泵超音速流体三维模拟研究

利用大型流体力学软件FLUENT，对不同结构尺寸和边界条件的蒸汽喷射泵喷嘴内超音速流场进行了3D模拟。探讨了流场内压力和速度的相互作用及其分布规律；讨论了热力学参数和几何参数对流场特性的影响规律；并分析了喷嘴内影响喷射器性能的激波产生的因素。基本上与Dayton和石井博的研究结果一致。     

混合室结构对蒸汽喷射器性能的影响

针对蒸汽喷射器引射性能低的问题,采用fluent数值模拟来分析蒸汽喷射器内部流场变化规律,在其他结构保持不变的情况下,通过研究混合室各部分结构来提高引射性能,使蒸汽喷射器在一个稳定且能量耗散较小的结构范围内工作。研究结果表明:引射性能与混合室内的激波变化紧密相关;混合室各部分结构都存在最佳参数值使引射系数达到最大。     

混合室结构对蒸汽喷射器性能的影响北大核心CSCD

针对蒸汽喷射器引射性能低的问题,采用fluent数值模拟来分析蒸汽喷射器内部流场变化规律,在其他结构保持不变的情况下,通过研究混合室各部分结构来提高引射性能,使蒸汽喷射器在一个稳定且能量耗散较小的结构范围内工作。研究结果表明:引射性能与混合室内的激波变化紧密相关;混合室各部分结构都存在最佳参数值使引射系数达到最大。     

制冷工况下蒸汽喷射器性能的数值模拟

介绍蒸汽喷射器的工作原理,并根据喷射器的结构特点,建立蒸汽喷射器三维数值模型,分析工作参数、结构参数等对喷射器性能的影响。结果表明：对于确定几何参数的蒸汽喷射器,喷射系数随引射蒸汽压力的增大而增大,随蒸汽出口压力的增大而减小,并存在最优的工作蒸汽压力（8kPa）;当工作参数和其他结构参数一定时,喷射系数随等截面混合段长度的增大而减小。     

喷嘴出口状态对水蒸汽喷射器流动行为及其性能的影响北大核心CSCD

水蒸气喷射器作为一种结构简单、运行稳定的真空获得设备,其内部流动过程十分复杂。目前关于蒸汽喷射器的研究已较为完善,然而对于蒸汽喷射器的膨胀状态的研究很少涉及。为了进一步完善蒸汽喷射器的膨胀状态的分类,并且对在不同膨胀状态下蒸汽喷射器的内部流动行为及其对蒸汽喷射器性能的影响进行研究。文章以数值模拟技术为主要研究方法,研究了蒸汽喷射器喷嘴不同出口状态的流场结构及其对水蒸气喷射器性能的影响。结果表明:喷嘴的运行状态可分为欠膨胀状态、完全膨胀状态、过膨胀状态以及非拉瓦尔喷嘴状态,并且引射压力的变化对扩压器壁面剪切应力的影响远远大于喷嘴。在兼顾水蒸气喷射器的抽气能力、效率、排气能力以及获得真空度能力的同时,蒸汽喷射器在完全膨胀区域与过膨胀区域运行时可以获得较高的引射系数和压缩比,并且在过膨胀区域内具有最优的工况条件。此外,完全膨胀区域仅为一个点值。     

可调式蒸汽喷射器的三维数值模拟及分析

在实际工业中,工作蒸汽压力经常波动,传统喷射器由于其结构固定,在操作工况偏离设计值时,性能往往会严重恶化。本文借助数值模拟工具STAR-CCM+,采用有限体积法、壁面函数修正法和标准k-ε湍流模型,对可调式蒸汽喷射器的超音速混合过程进行了三维数值模拟。分析了操作参数(背压pC、工作蒸汽压力pP和引射蒸汽压力pH)和结构参数(面积比Ar)对喷射器工作性能的影响。结果表明:1在变工况条件下,可调式喷射器能够削弱进出口参数对喷射器性能的影响,拓宽喷射器的可操作范围;2在给定工况条件下,存在一个最佳面积比A*r,使喷射系数达到最大值;3临界背压pc*随面积比的增大而降低。     

基于质量守恒原理的临界流喷嘴动态检定方法研究

针对低雷诺数临界流喷嘴喉径小,几何测量困难,常用的负压式PVTt装置难以对喷嘴进行最大背压比试验等问题,设计了一种以步进电机为动力的主动活塞式气体流量校准器。依据流体力学质量守恒原理,提出按PcTt参数动态检定临界流喷嘴流出系数的方法,建立了数学模型。经比对验证,动态检定方法准确、可行,流出系数Cd的重复性达到(0.02~0.05)%。     

蒸汽喷射泵结构计算与性能研究

本文介绍了蒸汽喷射泵的构造及基本工作原理,对蒸汽喷射泵的结构设计计算进行了论述,并对蒸汽喷射泵的结构参数对其工作性能的影响作了分析。     

水蒸汽引射器尺寸的计算方法

在本刊1900年第一期和第二期上发表的“水蒸汽引射器一维流的计算方法”和“湿蒸汽沉气动和热力学参数的计算”两篇文章的基础上,用比较严格的方法导出了喷咀喉径、喷咀出径、扩压器喉径、扩压器出径、扩压器截获面积的公式.其中,喷咀喉径、扩压器喉径、扩压器出径的计算结果与已有的计算结果相一致.由于给出的公式将气流的气动和热力学參数与引射器的几何参数联系在一起,所以,这些结果可以有效地指导水蒸汽喷射泵的调试实践.     

扩压器等直段直径对蒸汽喷射器性能影响的实验研究

建立了由喷射器、蒸发器、发生器和冷凝器等组成的蒸汽喷射制冷循环系统。研究了不同的扩压器等直段直径对喷射器抽气性能的影响。当扩压器等直段直径由24mm增加到28mm后,喷射器的引射系数显著增加,喷射器的抽气效率得到了提高,但临界背压降低。分析和讨论了在不同操作参数下扩压器等直段直径对喷射器性能的影响。结果表明,随着工作蒸汽压力的升高,引射系数呈现先升高后下降的变化趋势,在达到0.36MPa时喷射器的引射系数值最大为0.53。当背压值小于临界背压值时喷射器的引射系数保持不变,当背压值大于临界背压值时引射系数减小直至背压为7000Pa时引射系数为0。在一定的操作参数条件下,扩压器等直段直径存在最佳值使喷射器的抽气效率达到最高。