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液环泵喷射器参数化设计及数值模拟分析

杨国蟒  
【摘要】:喷射器是提高流体压力而不直接消耗机械能的设备。因其结构简单可靠、运转费用低廉而在动力、石化、冶金、轻工、供热、制冷等领域都得到了广泛的应用。液环泵喷射器作为液环泵的上级设备,它以大气作为工作流体,起着提高被抽气体压力和增大抽气量的双重作用。所以要提高喷射器的性能,不仅要提高其喷射系数( G H / GP),还要提高其最大压缩比( PC * /PH)。液环泵喷射器内部流动复杂,存在着激波、自由边界、剪切层的相互作用。目前对喷射器的设计还没有完全成熟可行的计算公式,主要是依靠设计者的经验和通过反复试验进行,这就限制了喷射器设计设计的合理性和周期性。因此,本文从提高喷射器的建模效率和提高其性能方面做了以下工作: 1.液环泵喷射器的结构涉及到较多的尺寸参数,对其性能进行优化要不断的调整这些尺寸参数,对模型进行直接修改难免效率不高。对喷射器进行参数化设计,可以避免重复性劳动、缩短设计周期。因此,本文采用了Pro/ENGINEER二次开发技术对喷射器进行了参数化设计,研究了Pro/TOOLKIT的菜单设计技术、UI对话框和MFC对话框设计技术。以VC++6.0为编译和连接工具开发了参数化设计交互界面和模型修改交互界面,大大提高了喷射器的建模效率。 2.利用ICEM CFD对喷射器进行了多块网格划分,弥补了传统三维模拟采用非结构网格的不足。建立了液环泵喷射器的计算流体动力学模型,利用大型CFD软件ANSYS CFX对其内部超音速混合流场进行了数值模拟。并将模拟结果与试验结果进行了对比,按照与试验值相符度、收敛速度、收敛精度、流场分布合理的原则,得出RNG k-ε模型优于标准k-ε模型。 3.采用不同边界条件对喷射器进行数值模拟,以此来分析内部特殊流动规律,并进行理论分析。得出在喷嘴出口会形成斜激波或膨胀波,并在混合层的作用下相互转换,以钻石网格的模式向流动方向衰减。并在扩压室再次形成压缩波,压力增大。最后两股流体混合均匀,速度降为亚音速,压力达到出口压力。 4.分析喷射器混合室和喷嘴结构尺寸对喷射器性能的影响。调整喷射器模型30次,利用CFX软件平台在不同边界下进行大量计算。得出喷射器结构对其性能的影响规律,为喷射器的优化提供理论依据。


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