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变声速增压换热器工艺参数及性能分析研究

孙长久  
【摘要】:气液两相换热器是一种高压蒸汽卷吸低压液体的流体混合机械。两相流体在混合室内混合并进行能量交换,最终形成单一均匀液体排出。气液换热装置具有结构简单、没有运动部件、运转费用低廉、操作维修方便等优点,并且对被抽介质无严格要求,对于有毒性、易燃易爆、腐蚀性强乃至可凝性气体等几乎都适用,加之抽气量较大,工作压力范围宽,因此在国内外的能源动力、石油化工、冶金、轻工纺织、建筑、制冷、等领域得到广泛应用,尤其在供热方面,特别在我国北方地区,由于有较好的节能效果,为我国减少能源损耗做出了一定贡献。增压换热器虽然结构简单,但其内部流场十分复杂,包含了激波、涡流、粘性干扰、边界层、剪切层的交互作用。所以本课题针对变声速增压换热器的工艺参数及增压性能进行模拟分析研究,主要的研究内容如下:1、首先阐述气液两相流体的基础理论和流动特性,并利用两相流音速的数学模型和计算,找出音速随压力、干度、汽隙率等参数的变化规律及其对音速的影响程度;同时利用激波方程来描述换热器内超音速的流动过程,发现激波前后热力学参数的变化规律。2、其次根据索科洛夫《喷射器》设计理论,建立增压换热器的特性方程,设计出喷嘴喉部、喷嘴出口及混合室喉部等主要结构参数,得到设计工况下的物理模型。3、采用有限元CFD数值模拟平台,应用k-ε湍流模型和计算方法,针对工作压力、引射压力及引射温度对换热器升压性能进行了分析研究,得到蒸汽和水的工作参数及换热器的结构参数的变化对换热器升压性能的影响。为变声速增压换热器在供暖系统中的广泛应用提供科学参考依据。


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