蒸汽喷射器内流动与相变特性的研究

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1、中文图书分类号：TK121密级：公开UDC：621学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：蒸汽喷射器内流动与相变特性的研究论文作者：武洪强学科：动力工程及工程热物理指导教师：刘中良论文提交日期:2017年3月UDC：621学校代码：10005中文图书分类号：TK121学号：B201305003密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：蒸汽喷射器内流动与相变特性的研究英文题目：ASTUDYONTHEFLOWANDPHASECHANGECHARACTERISTICSINSTEAMEJECTOR论文作者：武洪强学科专业：动力工程

2、及工程热物理研究方向：可再生能源利用及先进环境能源理论与技术申请学位：工学博士指导教师：刘中良所在单位：环境与能源工程学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学DissertationSubmittedtoBeijingUniversityofTechnologyforDoctorDegreeofEngineeringASTUDYONTHEFLOWANDPHASECHANGECHARACTERISTICSINSTEAMEJECTORMajorinPowerEngineeringandEngineeringThermophysicsBeijingUnive

3、rsityofTechnologyMay,2017独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：武洪强日期：2017年06月08日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分

4、内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：武洪强日期：2017年06月08日导师签名：刘中良日期：2017年06月08日摘要摘要蒸汽喷射器的实用性强，应用前景广泛且流动过程中存在着特殊的复杂性，为了提升其喷射性能有必要对其内部流动过程进行深入分析。本文围绕着蒸汽喷射器内部流体流动过程及其相变特性进行了深入的理论与实验研究，主要研究工作包括：建立了蒸汽喷射器单相数值计算模型，深入分析蒸汽喷射器内流体流动过程，并分析研究了流体工作参数和混合室结构参数对蒸汽喷射器喷射性能的影响。研究结果表明，蒸汽喷射器混合出口压力存在一个临界

5、值，工作蒸汽入口压力存在一个最佳入口压力，喷射性能随着引射蒸汽入口压力的增加而逐渐提升，混合室存在一个最佳长度范围和一个最佳收缩角度。搭建了蒸汽喷射器可视化实验系统，应用可视化、高速摄像等技术对蒸汽喷射器内流体流动过程进行了可视化研究，实验研究了对蒸汽喷射器喷射性能有着重要影响的混合室内流体流动过程。实验结果表明，混合室内有明显液体存在，中轴线附近存在一股含有大量雾状小液滴的高速流动的湿蒸汽流，混合室壁面上存在有大量液滴以及液膜或多股水流。应用可视化实验与等压混合蒸汽喷射器理论深入分析了引射蒸汽入口压力对混合室内流体流动的影响。可视化实验结果表明，引射蒸汽入口压力越

6、高，开始形成液膜或者多股水流的位置越靠前。开始形成液膜或者多股水流的位置越靠前，表明混合室壁面附近流体速度沿壁面位置增大的越快。等压混合蒸汽喷射器理论分析表明，随着引射蒸汽入口压力增大，等压混合的位置不变，等压混合时引射流体膨胀更加充分，流速增大。实验结果与理论分析在一定程度上得到了相互印证。建立了适用于跨音速两相流动的湿蒸汽模型，湿蒸汽模型中引入了凝结成核以及液滴生长模型。该模型是含有质量分数方程和液滴数密度方程的欧拉-欧拉两相流模型。应用湿蒸汽模型对蒸汽喷射器内两相流动过程进行了数值计算，研究结果表明，湿蒸汽模型下，蒸汽喷射器喷嘴内流体流动过程中存在凝结激波现象

7、，蒸汽喷射器的引射系数略高于理想气体模型的，工作参数和混合室结构参数对于喷射器性能的影响规律与理想气体模型的相类似。针对湿蒸汽模型下蒸汽喷射器的引射系数略高于理想气体模型的结果，对比分析了理想气体与湿蒸汽模型中，蒸汽喷射器混合室内压力、速度、温度等参数的分布，进而阐明了湿蒸汽模型下蒸汽喷射器的引射系数略高于理想气体I北京工业大学工学博士学位论文模型的原因。研究结果表明，湿蒸汽模型预测出现了凝结相变，相变潜热对蒸汽产生了加热作用，抵消了因气体膨胀导致的温度降低，所以湿蒸汽模型给出的流体的温度变化远小于理想气体模型的，这使得湿蒸汽模型中，蒸汽喷射器内部流场更加稳定，