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《大连理工大学》 2004年
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喷射器性能、结构及特殊流动现象研究

李海军  
【摘要】:作为一种流体机械,喷射器在许多工业领域中都有应用。但由于喷射器内部的流动过程复杂,在很长一段时期内,喷射器理论多半是作为研究和详细分析一定用途喷射器的计算方法而得到发展的,设计分析一般都是建立在一维分析基础上的半经验公式。而针对喷射器内复杂流场的实验观察、分析模拟,以及喷射器结构对喷射器性能影响等具体细节的研究方面,由于受实验水平、计算能力、流体力学理论发展水平的限制,是不充分的。尤其是对以蒸汽为工质的喷射器,由于蒸汽物性的远离理想气体状态,使简单的采用理想气体的状态方程所得出的结果与实际偏离很大。因而,尽管蒸汽喷射器的应用范围很广,对其内部流动机理的研究还不够深入,在提高蒸汽喷射器性能方面受到很大的限制。 本文借助PHOENICS软件平台,通过对蒸汽喷射器内流动进行数值模拟,详细观察其内部的流场,深入分析各因素对蒸汽喷射器性能的影响,对掌握喷射器工作机理、优化喷射器结构,提高喷射器效率具有重要的意义。主要研究工作如下: 1、建立物理上合理、计算上可行的蒸汽喷射器模拟的数学模型。本文借助商用软件平台优势,采用多种湍流模型及索科洛夫一维分析方法,对实验用的蒸汽喷射器进行模拟计算,并将各种模型所得到的结果与实验结果进行比较,按照与实验值相符、收敛速度快、流场分布合理的原则,得出Chen-Kim修正的k-ε两方程湍流模型可用来模拟喷射器内的复杂流动过程。 2、引入蒸汽的真实物性,对数学模型进一步完善。本研究考虑到蒸汽离液态很近,在蒸汽喷射器中又存在超音速流、两股汽流混合等复杂的流动过程,使蒸汽喷射器内蒸汽存在蒸汽的过热状态、饱和状态、及部分凝结等不同的集态,以往的研究都是关于理想气体喷射器的计算分析,不能合理给出蒸汽喷射器内的蒸汽物性。本文在PHOENICS软件中加入了蒸汽的真实流体物性,使模拟更接近真实情况,这对蒸汽喷射器流场的给出,以及对蒸汽喷射器中相变现象等复杂现象的研究意义非常重大。 3、详细分析、总结了工作参数对蒸汽喷射器性能的影响。在所采用的模型及计算方法已经证明适用于蒸汽喷射器的模拟计算的前提下,针对不同结构、不同工况下蒸汽喷射器流场进行大量的模拟计算,得出工作流体压力、引射流体压力、喷射器出口压力、喷嘴出口马赫数大小对蒸汽喷射器性能的影响规律。在对喷射器性能研究的过程中,引入膨胀比(工作流体压力与引射流体压力之比)和临界压缩比(临界出口压力与引射流体压力之比)两个参数,给出了一定结构喷射器的膨胀比与临界压缩比、膨胀比与最大喷射系数的关系式,以及喷射器最大膨胀比与喷嘴出口马赫数之间的幂指数关系。这两个参数的使用可以使模拟所得出的结论不局限于具体的参数值,使其具有很好的通用性。 4、详细分析喷射器各部分结构对喷射器性能的影响规律。研究充分利用数值模拟的灵活性、可重复性、低成本等优势,不断调整喷射器的各部分的结构形状、尺寸,模拟计算不同结构下喷射器的最大喷射系数及临界压缩比的变化,并对模拟结果进行分析整理,得出了喷射器各部分结构对喷射器性能的影响规律。研究发现,混合室 结构对喷射器性能影响很大,并可根据需要在两种不同结构方式间选择。当混合室 结构不同时,喷嘴位置对喷射器的影响规律也是不同的。另外,尝试采用中心调节 针来改变喷嘴喉口面积的方法来改变喷射器的喷射系数和临界压缩比的值,结果表 明,这种方法可以方便地改变喷射器的性能,是改善喷射器性能,扩大喷射器应用 范围的一个可行的方法。总之,研究结果证明,改善喷射器的结构,可以提高喷射 器的喷射系数,是提高喷射器效率的一个重要途径。 5、捕捉蒸汽喷射器内特殊的流动现象,并对其进行理论分析。通过对流场的观察,证 明了喷嘴出口后的射流会形成钻石形网格模式。在喷射器内激波出现在两个位置, 一是高马赫数的工作流体在喷嘴出口产生压缩波(膨胀波),经两股流体间的混合层反 复反射而沿流动方向传递,并由于两汽流的混合而不断地衰减直至被耗尽;另一处 是在扩压器的起始端,从混合室来的超音速流在扩压器入口引起强的斜激波,超音 速流经激波的压缩而使压力突增,以达到出口压力,保证顺利流出。扩压器处的激 波的产生使混合室中的混合流体发生雍塞,即工作流体及引射流体的流量不随出口 压力的变化而变化。激波强度随膨胀比的增大而增大,激波的存在会增加机械能的 损失,由于喷射器中超音速流动的存在,激波的产生几乎是不可避免的,但当喷射 器在最佳工况下运行时,会降低这种损失,提高喷射器的效率。 6、超音速流中相变现象的定量分析。通过在计算中引入蒸汽真实物性,使本研究可以 通过计算喷射器中凝结水的百分含量,捕捉到蒸汽喷射器中普遍存在、但用传统的 理论分析方法不能得到反映的相变现象,即工作流体、引射流体发生凝结相变。从 流场中凝结水的百分含量分布,可以直观地观察到在流动核心上,凝结水的百分含 量分布规律。结合喷射器内激波分布规律,可以很容易地理解,凝结水量波动递减 及在扩压器入口处再次出现的原因是超音流经激波压缩突然增压,导致流体温度低 于饱和温度而出现凝结的,提高工作及引
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ051

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 李贵;孙蓓蓓;朱壮瑞;高晔;;基于FLUENT的发动机舱内部流场数值模拟[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前5条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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1 Dr.-Ing.AlbertoRiatti;;在化学和医药工业中喷射器用于真空泵系统[A];第六届化学工程与生物技术展览暨会议参展商新产品和服务报告[C];2004年
2 许树学;马国远;彭珑;舒勇;;准二级压缩—喷射复合热泵系统的研究进展[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
3 刘敬辉;陈江平;陈芝久;;压缩/喷射混合制冷循环的热力学分析探讨[A];上海市制冷学会2005年学术年会论文集[C];2005年
4 巫志华;吴其林;孙奇;孔祥林;江生科;;一种应用真实气体性质的蒸汽喷射器设计方法[A];2009年中国动力工程学会透平专业委员会2009年学术研讨会论文集[C];2009年
5 郑波;马国远;徐鸿;;双温冰箱三种制冷循环的比较分析[A];中国制冷学会2005年制冷空调学术年会论文集[C];2005年
6 郑爱平;刘士轩;张秀丽;;利用汽车冷却废热驱动的喷射式汽车空调器[A];中国制冷学会2007学术年会论文集[C];2007年
7 池本彻;武内裕嗣;西嵨春幸;池上真;松永久嗣;神谷博;;世界首创Ejector Cycle~冷冻机的开发[A];中国制冷学会冷藏运输专业委员会学术年会论文集[C];2007年
8 赵红妹;毕荣山;郑世清;马连湘;;液-液喷射器不同进料方式下混合过程的CFD模拟[A];第十届全国信息技术化工应用年会论文集[C];2005年
9 刘敬辉;陈江平;陈芝久;;压缩/喷射混合制冷循环喷射器喷嘴设计方法探讨[A];上海市制冷学会2005年学术年会论文集[C];2005年
10 焦磊;孙青军;王乐勤;;可逆流体泵设计理论和数值计算方法研究[A];2006年中国机械工程学会年会暨中国工程院机械与运载工程学部首届年会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 章官翔 叶红;杭州西湖分局:巡逻民警首次配备防暴自卫喷射器[N];人民公安报;2006年
2 袁渝;催泪喷射器在实战使用中须有尺度[N];人民公安报;2009年
3 记者 王斗斗;一线民警执勤需配自卫喷射器[N];法制日报;2006年
4 记者 毛黎;美开发出燃气轮机低速漩涡喷射器[N];科技日报;2007年
5 本报记者 朱炎皇;我市民警昨日誓师[N];湘潭日报;2008年
6 张洁;向免针式注射挺进[N];医药经济报;2007年
7 余继军;引射式节水技术节水50%[N];人民日报;2007年
8 张浩;单警装备成为民警“护身符”[N];人民公安报;2008年
9 ;电弧炉工艺技术革新[N];世界金属导报;2002年
10 中国食品添加剂和配料协会 尤新;酶法加工麦芽糊精生产工艺[N];中国食品报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李海军;喷射器性能、结构及特殊流动现象研究[D];大连理工大学;2004年
2 张琨;可调式喷射器性能分析与过程研究[D];大连理工大学;2009年
3 张博;喷射器与太阳能喷射式制冷系统研究[D];大连理工大学;2002年
4 姚云;喷射器内气液流动与混合性能的研究[D];青岛科技大学;2009年
5 田琦;太阳能喷射与压缩一体化制冷系统的研究[D];天津大学;2005年
6 郭建;太阳能喷射制冷系统新型喷射器工作特性的研究[D];东华大学;2009年
7 张于峰;双元工质在喷射制冷系统中循环机理的研究[D];天津大学;2003年
8 李洪波;气砂两相流在天然气开采过程中的理论及实验研究[D];四川大学;2004年
9 毕荣山;高Schmidt数下喷射器内湍流反应的实验研究和多尺度模拟[D];青岛科技大学;2008年
10 王菲;新型双喷射制冷系统关键影响因素及性能研究[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 庄荟燕;基于喷射器的压缩空气动力汽车的性能研究[D];北京工业大学;2012年
2 张琨;可调式喷射器的性能计算分析与结构设计[D];大连理工大学;2005年
3 陶金亮;变工况蒸汽喷射式热泵蒸发喷射器的实验研究[D];河北工业大学;2004年
4 曲晓萍;气—液喷射器及双喷射式制冷系统研究[D];大连理工大学;2005年
5 徐海涛;蒸汽喷射器的理论及数值研究[D];南京工业大学;2003年
6 刘爽;用于CO_2热泵热水器的喷射器特性研究[D];浙江大学;2008年
7 王红霞;气体喷射器的设计及数值模拟研究[D];南京理工大学;2009年
8 孙小国;应用于小型太阳能喷射式制冷系统的小型喷射器的试验研究[D];东华大学;2008年
9 曹立宏;冰箱压缩/喷射混合制冷循环系统实验及数值研究[D];中南大学;2009年
10 崔保;抬包喷射器的设计研究[D];中南大学;2005年
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