不同几何尺寸蒸汽喷射器的三维模拟研究

蒸汽喷射器是利用高压流体(称工作流体)抽吸低压流体(称引射流体)以提高引射流体压力的设备。采用FLUENT数值模拟来分析蒸汽喷射器内部流场变化,在其他结构条件喷嘴不变化的情况下,分别对结构参数(喷嘴直径比和渐缩段长度)对蒸汽喷射器性能的影响进行了数值模拟。研究表明:当喷嘴直径比(喷嘴出口直径与喷嘴喉部直径之比)为2时、渐缩段长度为30 mm时,喷射器的引射系数达到最大。     

基于正交设计的反吹喷嘴动力特性分析

为优化反吹喷嘴的反吹效果,针对引射器与喷嘴的结构尺寸进行了多维度模拟实验。为使模拟简化且有效,采用正交试验设计法指导数值模拟。分别研究了喷嘴直径、收缩段长度、引射器收缩段长度和直径、混合段长度和直径、扩压段长度和直径、喷嘴直管直径之比对引射器性能的影响。结果表明:喉部长度与喷嘴直径比应避开1.5~2.5,L_4的无量纲值保持在1.0附近有利于提高引射系数。     

主喷嘴直径对蒸汽喷射器性能的影响

利用FLUENT软件对蒸汽喷射器复杂的内部流场进行数值模拟计算,并对喷射器内部流体流动过程中压力、速度等参数的变化规律进行分析研究,重点讨论了混合蒸汽压力和主喷嘴出口直径的变化对蒸汽喷射器引射性能的影响。结果表明：蒸汽喷射器存在一个临界出口压力,主喷嘴出口直径存在一个最优范围,此时喷射器的引射性能达到最佳,而且激波的耗散损失较小。     

主喷嘴直径对蒸汽喷射器性能的影响

利用FLUENT软件对蒸汽喷射器复杂的内部流场进行数值模拟计算,并对喷射器内部流体流动过程中压力、速度等参数的变化规律进行分析研究,重点讨论了混合蒸汽压力和主喷嘴出口直径的变化对蒸汽喷射器引射性能的影响。结果表明:蒸汽喷射器存在一个临界出口压力,主喷嘴出口直径存在一个最优范围,此时喷射器的引射性能达到最佳,而且激波的耗散损失较小。     

单喷嘴低压引射器的结构设计与数值分析

引射器作为大气式燃烧器的重要组件,对燃烧器的稳定、完全燃烧具有重要的影响,因此对引射器的工作过程和影响其工作性能因素的研究尤为重要。本文首先对大气式燃烧器用的单喷嘴低压引射器的结构形式及具体尺寸进行了设计,并对设计出的引射器建立了三维、稳态的数学模型。然后利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对引射器进行了模拟计算,探究了引射器内燃气与空气发生动量和质量交换的混合过程并研究了工作喷嘴出口直径、混合室长度、燃气供气压力、引射器出口背压4个因素对引射器质量流量引射系数的影响。研究结果表明:当引射器其他参数相同时,工作喷嘴出口直径与混合管长度都存在一个最佳值使得引射器达到最优的引射系数;燃气供气压力增大对引射系数的影响很小,引射系数几乎不变,而当引射器出口背压增大时,引射系数却下降的很快。     

地沟油生物柴油在旋流喷嘴中的雾化实验及模拟

对地沟油生物柴油在旋流雾化喷嘴中的内部流场及外部流场进行数值模拟,考察了喷嘴孔径、旋流芯螺距、螺柱槽道横截面积和槽道形状等结构参数对出口雾化速度及索特平均直径的影响,通过实验对模型进行了验证。结果表明,0.7 mm孔径的喷嘴的韦伯数最大,索特平均直径与雾化锥角最优。螺距4 mm的喷嘴雾化特性最优,旋流芯螺距越小,流体在喷嘴内旋流次数越多,阻力损失越大,流体在切向分量上速度越大。梯形槽道的雾化效果最好,相同横截面积下槽道的水力直径越大,雾化效果越好;截面积1 mm2槽道的喷嘴最优,槽道横截面积越小,流体在槽道中的湍流程度越大,流体内部剪切应力越大,液体表面不稳定波急剧增大。     

压力旋流式喷嘴喷淋液膜区换热过程的数值模拟

利用Fluent软件对压力旋流式喷嘴的内外流场进行了数值模拟，以等效的二维网格模型模拟圆周对称的三维流动，多相流和湍流模型分别采用VOF和雷诺应力模型。在两种条件下，对喷嘴流场进行模拟：①气相为空气，不发生相间热质传递；②气相为饱和水蒸气，发生相间热质传递。相变模型采取Fluent中内嵌的Lee模型。将数值模拟结果同实验结果进行对比，并以数值模拟的数据对喷嘴内外流场展开分析。模拟结果显示，由于液相在喷嘴旋流室内的螺旋运动，导致喷嘴内部形成“空气芯”，液相速度在喷嘴旋流室与收缩段的连接处变化剧烈；另外，发生相间热质传递条件下，流场的压力要整体稍低且速度场的速度最大值更大；液膜的传热系数沿液膜流动方向不断减小；因气相冷凝使得液膜厚度更大，液膜破碎长度也因蒸气冷凝而变得更长。     

压力旋流式喷嘴喷淋液膜区换热过程的数值模拟

利用Fluent软件对压力旋流式喷嘴的内外流场进行了数值模拟,以等效的二维网格模型模拟圆周对称的三维流动,多相流和湍流模型分别采用VOF和雷诺应力模型。在两种条件下,对喷嘴流场进行模拟:1气相为空气,不发生相间热质传递;2气相为饱和水蒸气,发生相间热质传递。相变模型采取Fluent中内嵌的Lee模型。将数值模拟结果同实验结果进行对比,并以数值模拟的数据对喷嘴内外流场展开分析。模拟结果显示,由于液相在喷嘴旋流室内的螺旋运动,导致喷嘴内部形成"空气芯",液相速度在喷嘴旋流室与收缩段的连接处变化剧烈;另外,发生相间热质传递条件下,流场的压力要整体稍低且速度场的速度最大值更大;液膜的传热系数沿液膜流动方向不断减小;因气相冷凝使得液膜厚度更大,液膜破碎长度也因蒸气冷凝而变得更长。     

气液固三相旋流分离器内锥结构的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)方法,对气液固三相旋流分离器的初始模型进行数值模拟,分析其内部流场分布,得出倒锥结构具有促进分离效果的作用。通过固定分离器的主直径与高度、入口尺寸、底流口直径、侧向出口尺寸、排液孔数量、排液孔尺寸、排液孔中心高度、溢流管直径、溢流管长度以及旋流腔长度,改变倒锥结构中的内锥直径与内锥高度,对模型进行优化,得到内锥直径为38mm、内锥高度为110mm时,三相旋流分离器的分离效果较好。     

动量增强型喷射器性能实验与分析

基于增大混合区域,增强动量交换效率的优化思想,添加三维扰流元件的动量增强型喷射器能够提高设备性能。以此为研究对象,本文在空气介质下对其性能进行了实验和数值计算研究。相较传统喷射器,动量增强型喷射器能显著提高喷射器单体设备性能。在超音速情况下,驱动流量不受影响,实验测定动量增强元件在增压性能变化不大的情况下,提升临界区引射率E_R达5%,数值计算结果与模拟结果吻合。对数值计算所得流场分析发现：在喷射器驱动喷嘴尾部设置动量增强元件,一方面能够使流体混合边界出现花瓣形褶皱,增大流体混合面积,同时增厚混合区域达39.28%,整体拓展混合空间;另一方面,动量增强元件能够促使驱动流体轴向速度转化为周向、径向速度,诱发周向旋流,增强径向扰流,变喷射器传统二维动量交换为三维动量交换。动量增强元件亚声速情况下,引射性能进一步提升,但其临界压力点降低,增压能力损失。