喷射器的结构改进和流场分析

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1、58喷射器的结构改进和流场分析喷射器的结构改进和流场分析*毛凯田经树栋(华东理工大学化机研究所)摘要介绍喷射器的工作原理及国内外的研究现状。对喷射器的收缩喷嘴、喉管以及扩压器等主要构件对其工作效率的影响进行了叙述。应用工程分析软件ANSYS(FLOTRAN)对喷射器内部的流场进行模拟并对数值计算结果进行分析。关键词喷射器流场分析数值模拟泵1喷射器工作原理喷射器,亦称喷射泵,自20世纪50～60年代应用到工业领域以来,以其结构简单、加工容易、成本较低、工作可靠、安装维护方便、密封性好、应用广泛等优点在石油化工、医药、冶金、油脂

2、等行业中得到了广泛的应用。图1喷射器结构喷射器是利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备。它由喷涡,在喉管内壁产生摩擦损失以及在扩散管中嘴、喉管入口、扩压器及吸入室等部件组成,见产生扩散损失,所有这些都会引起大量的水力图1。其工作原理是:有压流体(液体或气体)通损失,从而使大部分能量在传递过程中损失掉,过喷嘴射出,在喷嘴口处由于射流边界层的紊导致生产成本提高,效率降低。随着节能降耗、动扩散作用,与周围被吸流体发生动量交换,这保护环境日益得到人们的重视,对改善喷射器两股流体在喉管入口段及喉管内混合,进行能结

3、构和提高其性能的研究,越来越受到国内外量和质量传递,于是工作流体的速度减小,被研究者的重视。吸流体的速度增大,两者的速度在喉管出口处目前,对喷射器的理论研究尤其是对喷射渐趋一致。流体的压力从喷管出口截面到喉管过程的深入研究,还很缺乏。由大连理工大学入口截面是降低的,以后逐渐增高,通过扩散沈胜强等编写的《喷射式热泵的设计计算和性管将混合流体的动能转换成压力能,压力进一能分析》介绍了喷射器设计的一维分析理论及步升高,流体沿排出口被输送到用户中去。方法。这一理论对喷射器的设计起了重要作用,2国内外研究现状但它对喷射器内的流动过程未

4、能作出描述,不喷射器是依靠射流使流体质点间产生相互能分析影响喷射流动的因素,其分析结果有很撞击来传递能量的。在混合过程中产生大量旋大的局限性。*毛凯田,男,1980年11月生,硕士生。上海市,200237。《化工装备技术》第26卷第1期2005年59采用多维数值模拟方法和激光多普勒测试器结构尺寸如图2所示。仪测试对喷射器二维模型进行分析研究,能对喷射器内流动过程及影响因素有更清晰的了解,并能揭示一些一维理论无法解决、实验难以测量到的现象。对于喷射器来说,其结构虽然简单,但影响其性能的因素却比较多,包括喷嘴、喉嘴间距、喉嘴长度

5、、扩散管角度、喷嘴与喉管面积比等,各个参数对喷射器性能都有不同程度的影响。另外,喷射器的工作流体、引射流体和混合流体的压力、流量、物性和操作条件以及附带设备的运行状况也直接影响其效率和性能。图2喷射器结构尺寸本文主要对喷射器性能进行综合分析,尤计算假定:(1)工作喷嘴的出口截面和混其是运用流体模拟计算对喷射器的喷嘴、混合室、扩压器内流场以及各部分尺寸对其性能的合室的入口截面重合在一起;(2)在喷嘴出口影响进行分析,从而对喷射器的结构参数进行截面所在平面与渐缩管入口截面之间的那一段优化。上,工作介质和引射流体各自流动而不混合。

6、由3数值模拟流体力学连续性方程及拉瓦尔喷嘴的特性(即喷射器的工作过程很复杂,为了便于分析,喉部速度为音速)可推导出喷嘴喉部直径d0为作如下假设:(1)压缩空气与被抽气体均为理2mm,从而得出其余结构参数,见图2。3.2建立模型(二维模型)想气体;(2)压缩气体与被抽气体在喷嘴出口到扩压器喉部入口间为等压混合;(3)流体在采用二维建模,元素类型定义为2D扩压器喉部发生正激波;(4)压缩气体及被抽FLOTRAN141。采用四边形网格,因壁面附近气体在泵内的压缩与膨胀过程为绝热过程。压存在较大的速度梯度,故对其加密划分网格,见缩空

7、气经过喷嘴变成超音速气流,喷射到扩压图3。然后,对其进行加载和约束,见图4。湍器的混合室内。由于空气流处于高速状态,而流模型选用标准k-E模型。在求解过程中应逐压力则降得较低,同时还降温,这就使吸入室步将人工粘性减小,直至为零;动量惯性和压15力惯性逐步增大,直至为1×10;根据收敛情内形成负压。此时,被抽气体被吸进混合室。本文采用流体数值模拟软件ANSYS况适当调整稳态控制设置中的执行次数,最终(FLOTRAN)对喷射器内部的流场进行模拟,得到分析结果。并对数值计算结果进行分析。3.1喷射器的设计条件和计算设计条件:压缩空

8、气压力Pp=0.6MPa,Ph图3二维划分网格=0.1MPa,空气绝热指数Kp=Kh=1.4,气体常数R=287J/(kgõK),温度tp=th=27℃。式中,下标p代表工作介质,h代表引射流体。工图4加载和约束作介质和引射流体均为空气。本文研究的喷射60喷射器的结构改进和流场分析4结果分