射流曝气机内部流动三维数值模拟与关键结构参数分析

为了探究射流曝气机关键结构对其引射气体性能的影响规律,利用Fluent软件,采用控制变量的方法对不同喉嘴距、喉管长径比以及面积比下的射流曝气机内部流动进行了三维数值模拟,得到了射流曝气机内部压力、流速以及湍动能的仿真结果。通过对比分析可知,喉嘴距、喉管长径比、面积比等都对射流曝气机引射性能有一定的影响。在设计的结构尺寸范围内,当喉嘴距为1.5D、喉管长径比为4、面积比为4.84时引射系数最大,曝气机引射气体性能最好。研究结果可为新型射流曝气机的设计提供理论和实际参考。     

基于Fluent和Workbench的蒸汽喷射器流场分析和结构参数优化

针对蒸汽喷射器传统一维设计理论和以试验或者FLUENT为基础进行单因素改变分析的不足,利用CFD软件FLUENT对蒸汽喷射器内部流场进行了数值模拟计算,并采用Workbench中的Design Exploration功能对喷射器的性能进行研究,综合考虑了工作参数和各结构参数对喷射器性能的影响,以蒸汽喷射器的工作参数和结构参数为输入变量,以喷射系数最大为目标进行优化求解。结果表明:经Workbench优化后的蒸汽喷射器的喷射系数相对于理论计算结果提高了46.26%,优化后的结构参数满足设计要求,该方法不仅提高了蒸汽喷射器设计的准确性和喷射能力,而且提高了设计效率。     

高温喷射器的近似计算及其应用

本文研究高温喷射器的近似理论计算问题;建立了常温气流及高温气流的两股流体的动量方程和能量方程。根据优化条件决定最佳面积比和混合室的压力值以及采用渐近法得到混合室的温度及引射系数。并讨论了喷射器端口阻力特性对喷射器性能的影响     

大气喷射器流场数值计算及性能分析

基于FLUENT软件平台,对大气喷射器内的流场进行了数值仿真,分析了工作参数对大气喷射器性能的影响,结果表明:工作气体和引射气体在混合室内能进行较平稳的混合;引射系数随着工作气体入口压强的增大而减小;引射气体入口压强随着引射系数的增大而增大;当混合气体出口压强大于23kPa时,引射气体入口压强会随着混合气体出口压强的增大而急剧增大。     

余热锅炉型喷射式制冷系统的工作特性试验研究

为了提高能源利用率,以喷射式制冷系统为载体对锅炉余热加以利用,并用试验方法对系统性能受运行变量的影响进行研究,从喷射器内流体流动机制上对试验结果进行分析,旨在为实现系统最佳运行环境确定、喷射器结构的最优化设计提供试验依据。试验结果显示:喷射系数和机械COP随发生温度的升高呈现先增加后减小的变化趋势,并与喷嘴喉部内径呈负相关,与蒸发温度、喷射器喉部直径呈正相关;此外,当冷凝温度小于某一值时,喷射系数受冷凝温度的影响很小,而当冷凝温度超过某一值时,喷射系数急剧降低;喷射系数随混合段喉部与喷嘴喉部面积比AR的增加而增大,可从喷射器结构参数对流体流动机制的影响进行解释。     

无人机燃料电池氢循环引射器设计及流动性能研究

氢燃料电池无人机发展迅速,但无人机结构紧凑气源容量有限,如何提高氢气利用率,进一步增强续航能力是一个亟待解决的问题。针对该问题,本文设计了引射循环系统,将排空的氢气进行回收利用,以提高氢气利用率。以典型的1.7 kW无人机燃料电池为例,采用计算流体力学方法设计了氢循环引射器,并进行性能分析,揭示了不同工况下内部流场特性。结果表明在二次流压力与出口压力压差为10 kPa时,一次流压力在300～700 kPa的范围内具有良好的引射性能。同时研究了关键结构参数喉嘴面积比(AR)和不同工况对引射性能的影响,研究表明,最佳AR随一次流压力变化而变化,统筹考虑本文选择AR=16,满足了不同工况下的全局最优引射性能,氢气利用率最高提升了30.3%,进一步延长了无人机的续航能力。     

超音速真空喷射器性能试验和数值研究

对超音速空气喷射器的性能进行了试验和数值研究,得到了喷射器的喷射器系数,并分析了不同进气参数下的喷射器内部压力场和马赫场。结果表明,喷射系数的计算值和试验值吻合的较好,偏差小于5%;随着进气压力逐渐下降,引射驱动力减小,喷射系数降低。此外,高压气体在工作喷嘴出口的膨胀程度随进气压力降低而逐渐减弱,激波链出现的位置和强度也随之变化;进气压力降低使得高压气体在工作喷嘴的膨胀越充分,达到的马赫数越大,但是当进气压力降低为0.01MPa时,混合室的主体段由超音速或音速流动转变为亚音速流动,在混合室出口未形成激波。     

改进粒子群算法的蒸汽喷射器结构优化

蒸汽喷射器作为喷射式制冷系统的核心部件,传统单因素敏感度分析法对其进行结构优化设计时,忽略了多结构参数同时变化时的相互制约性,导致其优化效果并不理想.选取喷嘴喉部直径、等面积混合室直径、等面积混合室长度、扩压室长度及喷嘴出口位置5个关键结构参数,在单因素敏感度分析的基础上,利用粒子群算法对回归方程进行迭代寻优,并对相关优化结果进行分析.结果表明:标准粒子群算法(PSO)比单因素敏感度分析法得到的喷射系数提高了11.8%,改进粒子群算法(GA-PSO)比单因素敏感度分析法得到的喷射系数提高了14.7%;改进粒子群算法用于优化蒸汽喷射器的结构参数是可行的.     

气体喷射压缩器变工况特性的理论研究

利用气体喷射压缩器几何结构参数、混合室动量方程、流动连续性方程、质量守恒方程以及气体动力函数等，补充推导出了工作压力变化对喷射系数、温度比变化对喷射系数的影响关系式，并以某一蒸汽喷射压缩器为实例，通过计算补充提供了工作压力、引射压力、工作温度、引射温度单因素变化时的变工况特性曲线，对于进一步掌握这些因素变化对气体喷射压缩器运行性能的影响规律以及对气体喷射压缩器的合理运行与调整很有意义。     

基于计算流体力学模拟的蒸汽喷射器结构优化

蒸汽喷射器的设计分析通常采用气体动力学或一维理论方法,但这些方法常常得不到最佳的几何结构。本文应用计算流体力学方法对用于余热回收的蒸汽喷射器的内部流场进行数值模拟,并分析了喷嘴喉部直径、混合室入口直径、等截面段直径、喷嘴出口到混合室入口的距离和等截面段长度对喷射系数的影响,然后采用5水平5因素的正交分析法对喷射器进行了多结构参数的变化分析。结果表明,通过正交分析法得到的喷射器结构参数组合能够实现较优的性能。     

低温制冷系统两级喷射器设计与性能分析

本文提出了一种用于渔船低温制冷系统的两级喷射器,并对其进行了优化设计和性能分析。为达到最大引射性能,提出了基于流场参数匹配的两级喷射器优化设计方法,使用计算流体力学仿真软件对两级喷射器进行了建模和参数优化。此外,采用了水冷式冷凝器来减小冷凝器与蒸发器之间的压差,从而获得了更高的引射比。研究结果表明,所设计的两级喷射器可使蒸发温度低至248.15 K,第一级和第二级喷射器最优面积比分别为11.8和6.5。中间压力在253～324 kPa之间,引射比先增加后减小,在中间压力为304 kPa时达到最大值0.096,此时系统能效比达到0.074。可以认为,采用优化设计的两级喷射器和水冷式冷凝器,利用渔船余热驱动的低温制冷系统具有较好的节能效果。     

PEMFC 全功率变流量喷射器流场特性研究

针对质子交换膜燃料电池全功率氢循环对喷射器变流量的需求,提出并设计了不同嵌套方式的四喷嘴喷射器,以实现不同工况下变流量性能。为研究不同嵌套方式喷射器的流场特性及其循环性能,采用计算流体力学方法对喷射器进行建模和分析。结果表明,部分嵌套喷射器的内部流场比全嵌套喷射器的内部流场稳定;当二次流压力和背压不变时,一次流压力从6 bar(1 bar=100 kPa)增加到10 bar,部分嵌套喷射器引射比先上升后下降,在压力为7 bar时存在最大值;而全嵌套喷射器引射比是下降的趋势,通过与实验数据的比较,部分嵌套喷射器具有更优的性能;最后通过多喷嘴PWM逻辑控制,实现了170 kW燃料电池全功率变流量拟线性调控性能,满足燃料电池在变功率运行下的氢循环需求。     

水蒸气喷射泵设计中有关引射系数计算的若干问题探讨

用工作蒸气膨胀与混合气体压缩的热力平衡关系计算各级喷射器的引射系数,计算时应依据喷射器出口处水蒸气的实际过热状态,并以其内发生的气体流动过程处于绝热工况。由此设计的水蒸气喷射泵其实际抽气特性与设计相符程度高,在相同工作真空度下运行时,单位质量的工作蒸气所抽吸的被抽气体质量流量增加,能源消耗降低。     

MSF海水淡化装置喷射器性能分析

结合蒸汽动力函数和热力学分析方法,建立蒸汽喷射器的数学模型,分析最佳引射系数的影响因素,引射系数随混合蒸汽出口压力的关系及引射压力随工作蒸汽压力和混合蒸汽出口压力的关系。分析指出,工作条件一定时,最佳引射系数是固定值;在达到极限值前,引射系数随混合蒸汽出口压力的增大而降低,达到极限值时,引射系数不随出口蒸汽压力的变化而变化;引射压力在设计范围内随工作蒸汽压力的升高而降低,随混合蒸汽出口压力的升高而升高。     

Investigation on hydrodynamics and mass transfer characteristics of a gas-liquid ejector using three-dimensional CFD modeling

An investigation of the gas-liquid ejector has been carried out to study the influence of operating conditions and ejector geometries on the hydrodynamics and mass transfer characteristics of the ejector by using three-dimensional CFD modeling. The CFD results were validated with experimental data. Flow field analysis and prediction of ejector performance were also conducted. Variations of the operating conditions were made by changing the gas-liquid flow rates ratio in the range of 0.2 to 1.2. The length to diameter ratio of mixing tube (L _M/D _M) was also varied from 4 to 10. CFD studies show that at L _M/D _M=5.5, the volumetric mass transfer coefficient increases with respect to gas flow rate. Meanwhile, at L _M/D _M=4, the plot of volumetric mass transfer coefficient to gas-liquid flow rate ratio reaches the maximum at gas-liquid flow rate ratio of 0.6. This study also shows that volumetric mass transfer coefficient decreases with the increase of mixing tube length.     

基于热平衡分析法的喷射器引射系数计算与分析

采用以喷射器出口混合气体中工作蒸气处于过热状态为基础的热平衡分析法计算引射系数,由于热平衡分析时,既按照喷嘴前后工作蒸气的膨胀与扩压器前后混合气体的压缩之热平衡关系,又考虑到喷射器吸气口状态与喷嘴出口状态之间的温度差影响,以及气体混合过程热值的变化情况,包含喷射器内各状态间的全部热力变化关系都集中反映在计算式的推导内。故这种方法不仅可获得接近实际运行状态的喷射器出口混合气体温度,还提高了计算结果与实际运行情况的相符程度。     

CFD analysis of flow phenomena inside thermo vapor compressor influenced by operating conditions and converging duct angles

A thermo vapor compressor is simply a steam ejector employed in a multi effect desalination process. A greater understanding of flow phenomena inside an ejector plays an important role in its performance improvement. In this paper, CFD investigation has been carried out to study the flow structure inside a steam ejector. This research revealed the influence of operating pressures and ejector geometries on the flow structure and the performance of a steam ejector. The CFD results were verified with available experimental data. The angle of the converging duct as the geometry parameter was varied as 0°, 0.5°, 1°, 2°, 3.5° and 4.5°. The best performance was obtained by the ejector with converging duct angle of 1°.     

单螺杆压缩机几何参数对压缩机性能的影响

根据单螺杆压缩机的结构特点和工作过程特性,分析了单螺杆压缩机中啮合副的几何参数对压缩机性能的影响。计算了不同中心距系数和星轮螺杆直径比情况下压缩机的排气量,排气孔口位置和面积以及在排气孔口位置保持不变的情况下的流动损失情况。通过分析发现:排气量随星轮螺杆直径比的增大而增大,而随中心距系数的增大呈先增大后减小的趋势。排气开始位置不受星轮螺杆直径比变化的影响,只随中心距系数的增大而往排气侧延迟,排气孔口面积则随星轮螺杆直径比的增大而增大。在排气孔口位置不变的情况下,随星轮螺杆直径比增大,排气过程的流动阻力损失线性增加。该分析结果为压缩机改型设计提供了依据。