气液两相喷射器的计算与实验研究

【摘要】：气液两相喷射器是一种利用高温高压蒸汽驱动低温液体,使其从低于主蒸汽压力提高到高于主蒸汽压力的一种没有运动部件的设备。气液两相喷射器如今被广泛应用于诸多领域,尤其在双级喷射式制冷循环系统中用于增压泵和作为核电站反应堆的应急冷却装置。气液两相喷射器的目的就是为了获得更高的出口液体压力。气液两相喷射器受主蒸汽喷嘴喉部截面积、主蒸汽喷嘴位置和混合室喉部截面积等尺寸因素以及主蒸汽压力和引射液体压力等工作参数的影响。混合室是整个气液两相喷射器中气液两相直接接触的部分,涉及复杂的质量、动量、以及能量的交换。 根据气液两相喷射器的理论研究,本文利用实验对其性能进行了研究。并且对混合室内的气液两相流进行了模拟计算,对该气液两相流的流动机理和流动特性进行了讨论。本文的主要内容如下： (1)在气液两相喷射器数学分析的基础上,本文建立了气液两相喷射器的数学模型。根据喷射器的数学模型,本文提出了以R141b为制冷剂的气液两相喷射器的设计方法。并且通过计算得到了主蒸汽喷嘴和混合室喉部截面积等主要尺寸。本文采用visual basic编写了气液两相喷射器的设计程序,并对影响喷射器性能的主蒸汽压力、引射液体的温度和流量进行了计算分析。 (2)在气液两相喷射器的混合室内,气相和液相之间存在复杂的质量、动量与能量交换。本文在确定气液两相流的流型的基础上,对气液两相流的流场分布进行了分析研究。提出了新的喷射器内气液两相流的数学模型,并对数学模型进行了有限差分离散求解。通过模拟计算,得到了混合室内气液两相流压力、速度和空隙组分沿径向的分布情况以及速度沿轴向的分布情况。进而验证了喷射器内气液两相流混合冷凝的机理。 (3)本文搭建了以气液两相喷射器为核心的用于研究喷射器升压效果的实验台。为了能够深入了解混合室的混合机理和凝结激波产生的机理,本文在混合扩散室上设计了16个测压孔。这16个测压孔分4排,均匀的分布在混合扩散室上。然后对搭建实验台所需要的发生器、冷凝器和储液罐等实验设备以及压力传感器、压力表和温度传感器等测量设备进行了选型。根据气液两相喷射器实验的系统图将选好的实验设备、测量设备以及管路等进行了安装。在之前对于气液两相喷射器研究的基础上,对影响气液两相喷射器升压特性的主蒸汽压力、引射液体流量、引射压力、主蒸汽喷嘴的位置以及主蒸汽喷嘴的尺寸进行了实验研究。