射流泵的数值分析与构型优化
环形射流泵结构优化设计_曾庆龙

Structure optimization of annular jet pumps
Zeng Qinglong1,2 ,Long Xinping1,2 ,Xiao Longzhou1,2 ,Lü Qiao1,2
环形射流泵结构优化设计
曾庆龙1,2 ,龙新平1,2 ,肖龙洲1,2 ,吕桥1,2
( 1. 武汉大学动力与机械学院,湖北 武汉 430072; 2. 水射流理论与新技术湖北省重点实验室,湖北 武汉 430072)
曾庆龙
摘要: 运用 DOE 和 CFD 技术,以寻求环形射流泵效率最大时的最佳结构尺寸组合. 试验射流泵 模型原型取自真实试验,面积比 1. 75. 首先对计算方法的可靠性进行了验证,在试验设计方法指 导下,以最高效率为原则安排了多次试验,确定了 4 个主要因子,即流量比 q、吸入室收缩角 α、相 对喉管长度 lt 及扩散管扩散角 β,分别计算了射流泵在多种结构尺寸组合下的内部流动. 借助统 计分析软件对试验数据进行处理,确定各结构参数对射流泵性能影响的重要程度,找出最优的 结构组合. 结果表明该方法取得了很好的效果,试验设计预测最大效率 36. 3% 与 CFD 模拟结果 35. 8% 非常接近. 影响泵性能的主要结构参数中,相对喉管长度比扩散管扩散角、吸入室收缩角 更为显著,双因子间的交互作用比因子单独作用更为明显,为环形射流泵进一步优化设计,确定 其合理的工作范围提供了依据. 关键词: 环形射流泵; 试验设计; 结构优化; CFD; 统计分析 中图分类号: S277. 9; TH38 文献标志码: A 文章编号: 1674 - 8530( 2014) 02 - 0098 - 05
基于CFD新型喷射泵内流场数值分析

基于CFD新型喷射泵内流场数值分析CFD新型喷射泵内流场数值分析CFD,即计算流体动力学,是通过数值方法对流体流动、传热、传质等问题进行数值模拟和预测的一种工程计算方法。
在工程领域中,CFD已成为一种不可或缺的工具,可以有效优化产品设计和生产过程。
新型喷射泵是一种高效节能的流体输送设备,广泛应用于工业生产过程中。
为了更好地优化和设计新型喷射泵,需要对其内部流动情况进行研究和分析。
基于CFD技术,可以通过建立新型喷射泵的数值模型,进行内部流场数值分析,从而找到最佳设计方案。
喷射泵的结构特点是利用液流物理效应通过层层喷嘴剥离出中央空气区域,形成低压区,从而实现吸入液体的目的。
对于新型喷射泵,其内部流场情况往往较为复杂,因此需要精细模拟和分析。
在进行数值模拟前,需要对新型喷射泵的几何结构和工作条件进行建模。
通过建立三维几何模型,并设置边界条件和工作参数,可以得到新型喷射泵内部流场的数值模拟结果。
通过数值模拟,可以分析得到新型喷射泵内部流场的速度、压力和液体浓度分布等信息。
在分析过程中,需要注意如何选取合适的网格质量和算法,以保证数值模拟的精度和准确性。
在分析新型喷射泵内部流场后,可以进一步进行优化设计。
例如,优化喷嘴结构、液体注入量和气体流量等参数,以达到最佳的流动效果和输送性能。
这样不仅可以提高新型喷射泵的运行效率,还可以节省能源和减少生产成本。
综上所述,基于CFD技术对新型喷射泵内部流场进行数值分析,可以有效优化喷射泵的设计和生产过程,提高其运行效率和性能。
未来,随着CFD技术的不断发展和应用,在各行各业中,将会有更多的工程问题将得以通过CFD方法进行解决和优化。
由于缺少具体的新型喷射泵内部流场数值模型数据,以下将以一组流量为0.5 m³/h的喷射泵数据进行简要分析。
首先,通过数值模拟得出的新型喷射泵内部流速分布图,可以看出喷射泵的中心区域具有较低的流速,周围区域的流速则较高,这与喷射泵工作原理相符合。
射流泵工作原理

射流泵工作原理射流泵是一种常用的流体输送设备,它利用射流原理将高速流体能转化为压力能,实现流体的输送。
下面将详细介绍射流泵的工作原理。
一、射流泵的基本构造射流泵主要由喷嘴、射流管和扩散管组成。
喷嘴是射流泵的核心部件,通过喷嘴将高速流体喷射出来,形成高速射流。
射流管是将喷射出的高速射流引导到扩散管的管道,扩散管则用于将高速射流的动能转化为压力能。
二、射流泵的工作原理射流泵的工作原理基于质量守恒定律和能量守恒定律。
当高速流体从喷嘴中喷出时,由于喷嘴的收缩设计,流体速度增大,静压力减小。
这种速度增大和静压力减小的现象称为速度效应。
当高速射流进入射流管时,由于射流管的扩张设计,流体速度逐渐减小,静压力逐渐增大。
这种速度减小和静压力增大的现象称为扩散效应。
扩散效应的作用下,高速射流的动能逐渐转化为压力能。
最终,高速射流进入扩散管,经过扩散管的进一步扩张,流体速度进一步减小,静压力进一步增大。
此时,射流泵的出口压力将比入口压力高,从而实现了流体的输送。
三、射流泵的特点和应用1. 射流泵具有简单的结构和可靠的工作原理,不需要机械运转,无需电力驱动,节能环保。
2. 射流泵适合于输送各种液体温和体,具有较高的输送能力和压力。
3. 射流泵适合于大量流体的短距离输送,常用于工业生产中的液体输送、清洗、喷雾等场景。
四、射流泵的性能参数1. 流量:射流泵的流量指单位时间内通过射流泵的流体量,通常以立方米/小时或者升/秒为单位。
2. 压力:射流泵的压力指射流泵出口的压力,通常以帕斯卡(Pa)为单位。
3. 效率:射流泵的效率指射流泵将动能转化为压力能的能力,通常以百分比表示。
五、射流泵的优化设计为了提高射流泵的性能,可以进行以下优化设计:1. 喷嘴设计:优化喷嘴的形状和尺寸,以提高射流泵的出口速度和入口压力。
2. 射流管设计:合理设计射流管的扩张角度和长度,以提高扩散效应,增加动能转化。
3. 扩散管设计:合理设计扩散管的扩张角度和长度,以进一步增加动能转化,提高射流泵的出口压力。
射流式自吸喷灌泵性能数值预测及气液两相流分析的开题报告

射流式自吸喷灌泵性能数值预测及气液两相流分析的开题报告一、研究背景喷灌技术是一种重要的灌溉方式,能够提高水资源利用效率和农业生产效益。
射流式自吸喷灌泵是喷灌系统中的关键设备,其性能直接影响到整个灌溉系统的运行效率和生产效益。
因此,研究射流式自吸喷灌泵的性能数值预测和气液两相流分析,对于提高喷灌技术和灌溉系统的效率和效益具有重要意义。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是:1.建立射流式自吸喷灌泵的数值模型,预测其性能参数,包括流量、扬程和效率等。
2.分析射流式自吸喷灌泵内的气液两相流动特性,探究其影响因素和规律。
3.通过理论分析和数值模拟,优化射流式自吸喷灌泵的设计参数,提高其性能和效率。
本研究的目标是:1.建立射流式自吸喷灌泵数值模型,并验证模型的准确性和可靠性。
2.分析射流式自吸喷灌泵内气液两相流动特性和影响因素,探究影响射流式自吸喷灌泵性能的关键因素。
3.优化射流式自吸喷灌泵的设计参数,提高其性能和效率,为喷灌技术和灌溉系统的持续发展提供理论支持和技术保障。
三、研究方法和技术路线本研究采用数值模拟和实验验证相结合的方法,具体技术路线如下:1.收集射流式自吸喷灌泵的相关资料,并建立数值模型,预测其性能参数。
2.对射流式自吸喷灌泵内的气液两相流动特性进行数值模拟和实验研究,探究其影响因素和规律。
3.通过理论分析和数值模拟,优化射流式自吸喷灌泵的设计参数,并进行实验验证,提高其性能和效率。
四、研究意义和创新点本研究的意义和创新点在于:1.为喷灌技术和灌溉系统的持续发展提供理论支持和技术保障。
2.通过数值模拟和实验验证,探究射流式自吸喷灌泵内的气液两相流动特性,为进一步提高射流式自吸喷灌泵的性能和效率提供理论基础。
3.通过优化设计参数,提高射流式自吸喷灌泵的性能和效率,实现喷灌技术的智能化发展。
五、论文结构安排本论文的结构安排如下:第一章:绪论:主要介绍研究背景、研究内容和目标、研究方法和技术路线、研究意义和创新点,以及论文结构安排。
加药用射流泵的数值模拟及性能预测

加药用射流泵的数值模拟及性能预测摘要:文章对在污水厂加药系统中射流泵的应用进行性能研究,采用FLUENT6.2软件对实况下射流泵三维流场进行数值模拟,并对计算结果进行性能预测。
对于了解射流泵内部流动状况,提高在实际应用中射流泵的效率,为射流泵的进一步研究提供可靠依据。
关键词:射流泵;FLUENT;数值模拟射流泵是利用射流湍流扩散作用进行传质传能的流体机械和混合反应设备。
它由于本身没有运动部件,并且具有结构简单、密封性好、可靠性高、便于维护和加工容易等优点,使其在放射、易燃、易爆等特殊场合中具有不可替代的优势,如今已在各项工程中得到了广泛的应用。
而能够在各种环境下高效率的运行成为了射流泵发展应用所面临的主要问题。
随着计算机的发展和各种专业计算软件的开发,对射流泵进行全三维数值模拟已经可以实现。
本文借助FLUENT6.2软件对液体射流泵的整个流场进行了三维数值模拟。
为了壁面的粘性效应明显,壁面采用相应的变化梯度划分网格。
本文对射流泵在污水加药系统中的新型应用进行内部流场的模拟,得出了一些有价值的性能信息。
1.3 计算模型本文根据选择动力泵的规格以及文献[1]中给出的射流泵设计最优公式,文献[2]中给出的选取最佳喉管距的方法,以及文献[3]中给出的选取最佳喉管长度的方法,初步确定所采用的射流泵的部分参数,建立实验模型来进行分析,其结构如图1所示,具体尺寸如表2所示。
按照射流泵结构尺寸,用UG NX6.0软件对其内部流场进行三维实体造型。
1.4 网格划分用UG NX6.0软件将射流泵内部流场的三维模型导出IGS文件,将文件导入FLUENT的前处理模块GAMBIT中,进行模型的网格划分以及的边界面的定义。
为了结果的计算精确性,本文采用Tet/Hybrid方式进行网格划分,网格总计1 241 584个。
1.5 边界条件工作液体进口设为压力进口,根据动力泵的规格设为0.3 MPa,吸入液体进口与混合液出口都定为压力边界条件。
蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟

蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟随着科学技术的不断发展,人们对于流场研究的需求越来越高。
而数值模拟则成为现代科学研究中不可或缺的一部分。
本文将围绕“蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟”这一主题展开讲解,带领小伙伴们一步一步深入了解相关知识。
第一步,了解射流泵模型的内部流场特性。
射流泵是利用高速流体的动能来传递压缩气体或输送液体的机械设备,其内部流场特性主要包括压力分布、速度分布、流线分布等。
这些特性对于射流泵的性能有着决定性的影响。
第二步,介绍蒙特卡罗法。
蒙特卡罗法是一种基于概率统计的数值模拟方法,其主要思想是利用多次重复采样的方法,通过统计得到随机事件的概率分布。
在流场模拟中,可以应用蒙特卡罗法模拟粒子在流场中的运动状态,进而得到流场的特性数据。
第三步,探索蒙特卡罗法在射流泵模型内部流场数值模拟中的应用。
通过对射流泵模型的内部流场进行数值模拟,我们可以得到流场中各个位置的速度、压力、流线等特性数据。
基于这些数据,可以对射流泵的性能进行准确的预报,也可以更加深入地了解流场特性。
第四步,总结蒙特卡罗法在射流泵模型内部流场数值模拟中的优势。
相较于传统的数值模拟方法,蒙特卡罗法具有计算量小、可靠性高、适用范围广等优点。
在射流泵模型内部流场数值模拟中应用蒙特卡罗法,可以更加准确地描述流场的特性,提高研究的精度和可信度。
综上所述,蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟具有重要意义和应用价值。
通过深入理解射流泵模型内部流场特性,熟练掌握蒙特卡罗法的基本原理和计算流程,我们可以更加准确地预报射流泵的性能、优化流场设计、提高产品的质量和效率。
船用消防射流泵流场的数值分析

方法 对射 流 泵 内部 流 场进 行 研 究 , 不仅 可 以观 察
其 流场 的变 化 规 律 , 可 以根 据需 要任 意修 改 相 还 关参 数 , 灵活 性大 , 受成 本 、 不 周期 等 因素 的制 约 。
s o h tt e a ilv l ct r f e r s n e n a r e l tp—l e d sr u in,Re e t t e t o s a e fwel—mie ud h w ta h x a eo i p o ls p e e td i n o d ry se y i i it b t k i o l f cs h w h r s o l x d f i l
l ef e e pmpi t esl ba e ej mpf wf l h r tr tso ef wf l ir ui .T er ut f w i t r t u evse ,ot ndt t u o edc a ce sc f h o edds b t n h sl o n h i j nh s i h ep l i a ii t l i t i o e s
p si .T ruet ie ceeg nls h w a tem xm m truet nr fh o CU i teeio e e ad oio t n ub ln knt nr aayi so st t h ai u b l eg o efw OC ̄ n h x fhteet neo iui b ,ubln f wf l ta oc r ma l i teeio t h nr c f f s nt e truet o ed ht cus i y n h x fe. a df o u l i n t j
脉冲液体射流泵性能参数的数值研究

脉冲液体射流泵性能参数的数值研究王玲花;张川;宁盼华;干超【摘要】定量分析脉冲液体射流泵时均值基本性能方程中的最优工作参数、动量修正系数、时均惯性力与时均惯性水头的变化规律及其对性能的影响,结果表明脉冲射流可以使流体在喉管出口处得到更充分的混合,并且改善射流泵的最优工作参数和范围.%The optimal operating parameters, momentum correction factor, time-average inertia force and time-average inertia head of pulsed liquid jet pump are quantitatively studied based on the time-average basic performance equation, and the impacts on performance are also analyzed. The calculation shows that the pulsed jet can make the fluid to be more fully mixed in the outlet of throat tube and improve the optimal operating parameters and range of liquid jet pump.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2011(037)009【总页数】3页(P86-88)【关键词】脉冲液体射流泵;时均性能;最优工作参数;动量修正系数【作者】王玲花;张川;宁盼华;干超【作者单位】华北水利水电学院,河南郑州450045;华北水利水电学院,河南郑州450045;华北水利水电学院,河南郑州450045;华北水利水电学院,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】TK730.1;TV136.2恒定射流泵其传能与传质效率较低。
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卷 吸作用 和压力 攀升率 。并且发现 ,使用不 同湍流模 型进行分析 ,计算结果 的主要 区别在 于模 型对 于射 流 泵里 面局部 流动结构的数值 描述不同 。在 射流泵技 术 的发展过程 中 ,一个重要 的制 约因素就 是喷管内激 波 的出现造 成 的压 力攀 升 率和 射 流泵 效率 的大 幅下
P l eh i l nvr t, i nS an i 0 2 hn ) o tcnc i s y X ’ h ax 7 0 7 .C ia y aU e i a 1
A sr c :A s p r ncj u p po t ew sd v l e ae n a o edm n i h oy n y i w sp r r e i i b b t t u es i e p m rt y a e e p d b sd o n —i e s n te r.A a s a ef m d O t y a o t op o o l s o l
其 中雷诺 平均 N—S方程是 通过 对 N—S 程进 行 时 方 间加权平 均或密度加权平均而得 到的。这样处理使方 程 的解 变成稳定的和静态 的。但 由此得到 的方程 出现 了雷诺应 力项 ,使方程组不能封 闭,因而需要 引入湍
流模型。 目前 ,雷诺平均 N—S 程辅 以湍 流模 型在 方 工程计算 流体力学领域 中应用十分普遍 。作者计算采
o n r' w mo e e e c n i e .On b s fn me c la ay i ,te c n iu a in p mee sn e e o p i z t n a d p i t o d a d od o d l r o f l w m r d a i o u r a n lss h o f r t  ̄a t r e d d f r t s i g o o miai n on s f o
程 ;( )缩减 N—S 3 方程 ;( )雷诺平均 N— 4 S方程 。
这样 ,由于射流泵 的结构设计是基 于一个 不恰 当的假 设 ,也就是说射流泵 的最 佳性 能并不能通过一维模型 体现 出来 ,通 过文 中 C D分 析 ,能够 对射 流泵 进行 F 进一步 的改进 和优 化。
∞等对结果 准确度的影响 。其近期的研究 中将数值 模
拟结果与实验进行对 比,证 明了标 准 k— 模型 能够
准确地反映射流泵 中重要参数 的情况 ,如工作流体 的
收 稿 日期 :2 1 0 2 0 0— 9— 9 基 金 项 目 :国家 自然 科 学 基 金 项 目 ( 0 70 5 5969 )
为:
卵 ■———一
1 1 对 结果进 行 C D分析 . F 图 1为由 E m s 一维设计方法得 到的射 流泵 的 a e 结构 ,其 中为了避免在射 流泵 的扩 散段 中产生 激波 , 内流体 以恒定的动量变化率增加或减小 。
= 1 = m ( +R ) () 1
a ot i t nw scr e u uig h r gt.T e eu s h wta te fcec fe p m lvt f cvl t p m z— l pi z i a a idot s es r ae h sl o th i iny t u pi e a de etey f r t i m ao r nt uo r ts h e oj s e e f i ae o i a
・ P。
。P
() 2
其中 : 为工作效率 ; 积流量和人 口压强 ;
流 量 和 入 口压 强 。
和 Pn 别为卷 吸流体 的体 e分 t 和p 分别 为工作 流体 的体 积
式中:
为流体的动量 , 为扩张段的轴向坐标 ,m 为流体卷吸率( m ) m / ,c
降。虽然 已经有 工作研 究了射 流泵的结构对其 内流动 及 效率的影 响 ,但是 目前对 于射 流 泵 中一 些关 键 问
们关 注的热点 ,先前 的研究 中建立 了用于分析和设 计 类 似流动系统的数学模型 ,其 中大多数是一维热力模 型 ,包含射流泵里 流体 在流动方向上的状态和工作参 数 信息。例如 ,E m s 建立 了用 于射 流泵一 维设 计 ae 分析 的方 法 ,为 了避免 在射 流 泵 的扩 散段 中产 生 激 波 ,其流体 的动 量以恒 定的数 值变化 。由于超音速喷
域 的气 流为均匀 静压的前提下 ,可以计算得到扩散段 入 口的边 界条件 ,然后在出 口处任意挑选一个与实 际 情况相符 的较低流度 ,于是 ,根据用于计算扩散段半 径 的一维 可 压 流动理 论 ,可 以计算 得 出扩 散段 的压 力 、温度 和马赫数分 布。样设计 布局 使得射流泵工作 候可能避免 在内流道中产生过高 的压力梯度 ,从而减
值 模拟 ;遗传算法
中图分 类号 :V 3 45 文献标识码 :A 文章编号 :10 3 8 2 1 )1 0 4— 0 1— 8 1( 0 1 9— 2 4
CF An lssa d Co fg r t n Op i z to fJ tP mp D ay i n n u a i t i o mia in o e u
一
・ 5・ 2
完善 ,人们无法 对 N—s 程进行 更为 深入 的数学分 方
维模 型分析 中没 有考虑 到激波 对整 个流场 的影 响。
析 ,所 以数值模 拟的方法仍然是 求解 N—S方程 的主
要 手段 。但 直接对全 N—S方程 进行数值 模拟 还存在 着一些理 论上和计算 条件 上 的限制 ,因而简化 N—S 方程颇受 人们青睐 。N—S方程 的简 化形式 大致 有如 下几类 : ( )薄层 N—s方程 ; ( )抛物化 N— 1 2 S方
to in.
Ke wo d :Jtp mp; C niuain o t zt n Nu rc l i lt n;Ge ei g rh y r s e u o f rt pi ai ; g o mi o me a muai i s o n t a o tm cl i
射流泵 中超 音速流动的原理分析和设计一直是人
meh d o u r a i lt n ,wh s F e ut r o ae t o e p n i g e p r n a a n u tb e n me ia t— t o fn me c ls i mu ai s o o e C D r s l wee c mp rd wi c r s o d n x e i s h me t t ,a d s i l u r l d a c meh
射 流泵 的 数值 分 析 与构 型 优 化
范健 ,胡春 波 ,张育林
( 西北 工业 大 学燃烧 、流 动和 热结 构 国家级 重点 实验 室 ,陕 西西安 70 7 ) 102
摘要 :在一维理论 的指导 下建 立了一个射流泵的模型 ,并通过数值模拟方法对其进行 分析 ,将 C D结 果与实验 数据相 F 比较 ,确定 了合适 的数值方法 和湍 流模 型。在数值分析的基础上 ,选取 了需 要优化 的构型参数及 设计点 ,采用移动 最小二 乘法 ( S ML )建立 了射流泵 内流动的代理模 型 ( urgt M d1 ,并对 其进行优 化研究 。结果 表 明,优化 后的射 流泵的效 Sr a oe) o e
少压力损失 。
流 体入口
( B S 两种 求解 器进行 比较 。两种 方法对 网格 的依 DN ) 赖性 都较大 ,在研 究 中发现 P N B S求解器需 要更 高的 网格 密度 才能捕捉到高速流动 中的细节现象 ,如超音 速 流中的激 波串。但是 ,两种求解器得 到的计算结果 相差很 小 ( 见图 3 ,在 达到同样求解 质量 的条 件下 , )
管 出 口流 动的复杂性 ,包括 高速可压流动 ,激波的相
互作用 和两股 流体的湍流性混合 ,数值模拟成为射流 泵设计 分析 和 提高 效 率 的有 效 手 段 。先 前 的 C D F 研究强调 了精 细网格和合适的湍流模型在射流泵 的超 音速流动模拟 中的重要性 ,然而 目前 在此类流动 的分 析 中,最 佳 湍 流 模 型 的 选 取 仍 然 饱 受 争 议 ,文 献 [ ] 中研究 了不 同湍流模 型如 R G k一 3 N ∞和 ST 一 S
为工作流体 的质量流率 ,
为在 处 的气流速度 , 为常数 。在假设通 过卷 吸区
在 C D计算 开始 前 ,首先 将 Pesr—ae ai F r ueB sdN v s -
e Soe (P ・ S) 和 卜t s k BN D ni —ae N v r t e esyB sd ai - o s t eSk
ds nw r c oe ,h e o f L ( v g esS urs a sdt b i f wn u oae dlni t u n l — ei ee h sn tem t do MS Moi at q ae)w s e ul a o igSr gt Moe i d j mpadgo g h nL u o d l s e ep b
用 了雷诺 平均 N—S方程。在处理 湍流 时采用标 准 的
k 一占两 方 程 模 型 。
图 2 数值模拟结果和一维理论分析比较 ( 喷
管压力为 0 1 a时射流泵轴线压力 ) .5MP
模拟 中将射流泵 的流体入 口设置为压力入 口,将
卷吸流体入 口设为质量入 口。射流泵 的工作效率定义
题 ,仍有不 同的看法 和争论 ,如最佳 喷管位置 ,泵 的尺寸及其对工 作环境 的依赖性等。作者将 高精度的 C D技术和实验结果结合 于对 射流泵 的优化 工作 中 , F 重 点关 注压力 提升率和流体卷吸率 ,通过优化射流泵 的结构参 数和工作参数来提高射流泵效率 。 1 数值 方法 N v r t e 方程 ( ai — o s eS k 简称 N—S方程 )是 描述 连 续 介质流动的最完整的形式。它是以考虑流体黏性和 热传导等因素 ,建立于质量 、动量和能量守恒基础上 的数学模型 。由于非线性偏微分方程组数学理论还不