蒸汽喷射器射流场流动模型研究综述_谢玉健
蒸汽喷射器的工作原理
蒸汽喷射器的工作原理蒸汽喷射器是一种常用的工业设备，用于产生高速喷射的蒸汽流。
它的工作原理基于蒸汽的压缩和扩张过程，通过利用蒸汽的动能来实现喷射效果。
下面将详细介绍蒸汽喷射器的工作原理。
1. 原理概述蒸汽喷射器主要由喷嘴、混合室和扩张室组成。
工作时，高压蒸汽通过喷嘴进入混合室，与环境中的低压气体或液体混合，并形成高速喷射流。
喷射流的动能来源于蒸汽的压缩和扩张过程，通过能量转换实现。
2. 压缩过程在蒸汽喷射器中，蒸汽首先经过一个压缩过程。
高压蒸汽通过喷嘴的狭窄通道进入混合室，由于通道的突然扩大，蒸汽的速度会急剧增加，而压力则会降低。
这种突然扩张的过程称为喷嘴效应，它使蒸汽的动能增加，形成高速喷射流。
3. 混合过程在混合室中，高速喷射的蒸汽与环境中的低压气体或液体混合。
混合室内部设计有特殊的形状，以确保蒸汽和环境物质充分混合。
混合过程中，蒸汽的动能转化为喷射流的动能，并将混合物推向扩张室。
4. 扩张过程混合物进入扩张室后，会经历一个扩张过程。
扩张室内部的形状使混合物的速度逐渐减小，而压力则逐渐增加。
这种逐渐减速和增压的过程称为扩张效应。
在扩张室中，混合物的压力会增加到足以推动所需工作的水平，从而实现高速喷射。
5. 工作应用蒸汽喷射器广泛应用于工业领域，常见的应用包括清洁、加热、混合和搅拌等。
例如，在清洁领域，蒸汽喷射器可以通过高速喷射的蒸汽流清洁表面，去除污垢和油脂。
在加热领域，蒸汽喷射器可以通过喷射热蒸汽来加热液体或气体。
在混合和搅拌领域，蒸汽喷射器可以将不同的物质混合均匀，实现反应或混合过程。
总结：蒸汽喷射器的工作原理基于蒸汽的压缩和扩张过程，通过喷嘴效应、混合过程和扩张效应实现高速喷射流。
它在工业领域有着广泛的应用，如清洁、加热、混合和搅拌等。
蒸汽喷射器的工作原理的理解对于正确使用和维护蒸汽喷射器具有重要意义。
微小型蒸汽喷射器的数值模拟和优化研究的开题报告
微小型蒸汽喷射器的数值模拟和优化研究的开题报告一、研究背景蒸汽喷射器是一种能够将高压蒸汽转换为动能的机械设备，其应用广泛，如汽轮机的抽汽、蒸汽吹灰等。
近年来，随着微型化技术的发展，科学家们开始研究微小型蒸汽喷射器，并发现其在微流控、微加工等领域也有广泛的应用前景。
然而，微小型蒸汽喷射器的流动特性与传统蒸汽喷射器存在巨大差异，因此需要进行数值模拟和优化研究。
二、研究内容本研究的主要内容为微小型蒸汽喷射器的数值模拟和优化研究，具体研究内容包括：1. 建立微小型蒸汽喷射器的数学模型，分析其流动特性。
2. 使用计算流体力学软件对微小型蒸汽喷射器的流动进行模拟，并比较不同模型的模拟结果。
3. 通过模拟结果优化设备结构，以提高设备的喷射效率和节能性能。
4. 制作微小型蒸汽喷射器样机，并进行性能测试，验证模拟结果的准确性。
三、研究意义本研究的意义在于：1. 对微小型蒸汽喷射器进行数值模拟和优化研究，为微型化技术的发展提供理论基础和技术支持。
2. 研究微小型蒸汽喷射器的流动特性，有助于深入理解复杂流动现象，为其他工程领域的研究提供参考。
3. 提高微小型蒸汽喷射器的喷射效率和节能性能，降低其使用成本，推广应用。
四、研究方法本研究主要采用数值模拟和实验验证相结合的方法。
具体研究步骤如下：1. 建立微小型蒸汽喷射器的数学模型。
2. 使用计算流体力学软件对微小型蒸汽喷射器的流动进行数值模拟，得出流场分布、压力分布、速度分布等参数。
3. 分析模拟结果，优化设备结构，以提高喷射效率和节能性能。
4. 制作微小型蒸汽喷射器样机，并进行性能测试，验证模拟结果的准确性。
五、预期成果本研究预期达到以下成果：1. 建立微小型蒸汽喷射器的数学模型，分析其流动特性。
2. 通过数值模拟对微小型蒸汽喷射器的流动进行分析，得出其流场分布、压力分布、速度分布等参数。
3. 优化微小型蒸汽喷射器的结构，提高设备的喷射效率和节能性能。
4. 制作微小型蒸汽喷射器样机，并进行性能测试，验证模拟结果的准确性。
蒸汽喷射器的三维数值模拟研究
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟蒸汽喷射器的三维数值模拟研究借助STAR-CCM+软件对热泵蒸发系统中的核心部件蒸汽喷射器进行了三维数值模拟，采用有限体积法离散控制方程，标准k-ε湍流模型，近壁面处使用壁面函数修正。
考察并分析了工作蒸汽、引射蒸汽压力及喷嘴喉部直径对蒸汽喷射器的工作状态及内部流场状态的影响，采用速度云蒸发过程是生物化工生产中常见的工艺过程，传统的蒸发过程中，大量含能的二次蒸汽得不到利用，能量损失严重。
采用蒸汽喷式射热泵系统对二次蒸汽进行回收利用可达到很好的节能效果。
蒸汽喷射式热泵蒸发系统如由于喷射器内部流体存在激波、粘性干扰、涡流等复杂的流动，对其流场特性的研究还不够全面，对蒸汽喷射器的研究有待深入。
很多学者通过实验对蒸汽喷射器进行研究，Kanjanapon Chunnanond 等通过实验分析了喷射器内部的压力分布;Natthawut Ruangtrakoon 等由实验得出工作喷嘴尺寸对喷射器工作状态的影响。
然而由于实验会受到模型尺寸、测量精度的限制，很难快速得到整个流场的参数结果。
随着计算流体力学(CFD)技术的发展，许多学者使用CFD 方法研究流场问题，并验证了采用此方法研究蒸汽喷射器的工作状态，可以作为实际工程的参照依据。
为了摆脱一维、二维模型太过简化的缺点，避免流场的失真，本文采用STAR-CCM+软件对蒸汽喷射器的三维模型进行模拟研究。
1.1、结构尺寸及网格模型典型的蒸汽喷射器结构如由于蒸汽喷射器为对称结构，为节省计算时间与计算机资源，本文将模型的一半作为研究对象进行模拟计算。
将几何模型导入STAR-CCM+5.06.007 中进行网格划分，选择六面体为核心的切割体网格，为既避免网格粗大造成误差，也避免网格数量过多影响计算速度，在必要的地方。
蒸汽喷射器内的激波效应对喷射性能的影响
机床与液压MACHINE TOOL & HYDRAULICS2019年10月第47卷第20期Oct. 2019Vol. 47 No. 20DOI ： 10.3969/j. issn. 1001-3881.2019.20.031本文引用格式：赵丽娟.蒸汽喷射器内的激波效应对喷射性能的影响[J].机床与液压,2019,47（20） J34-137.ZHAO Lijuan.The Influence of Shock Wave Effect on the Performance of Steam Ejec-torf J] .Machine Tool & Hydrau- lics,2019,47（20） ：134-137.蒸汽喷射器内的激波效应对喷射性能的影响赵丽娟（宁夏理工学院机械工程学院，宁夏石嘴山753000）摘要：利用Fluent 软件对蒸汽喷射器内二维流场进行数值模拟计算，研究工作流体压力、背压、喷嘴位置对喷射性能 的影响，并对喷射器流场内激波的产生、发展和结束进行了分析。
结果表明，蒸汽喷射器工作流体压力、工作背压、喷嘴 位置在特定的工况下都具有相对应的最优值。
激波产生和结束的位置对喷射器性能影响很大：当第一激波由喷嘴出口产生 并延伸到混合段出口附近时结束、第二激波在扩散室入口附近结束时，引射系数最大；当激波过早或过晚结束时，都会影 响喷射器的性能。
关键词：蒸汽喷射器；激波效应；喷射性能中图分类号：TK243. 3The Influence of Shock Wave Effect on the Performance of Steam EjectorZHAO Lijuan(College of Mechanical Engineering , Ningxia Institute of Science and Technology ,Shizuishan Ningxia 753000, China)Abstract : The Fluent software was used to simulate the two-dimensional flow field in a steam ejector , and the effect of workingfluid pressure , back pressure and nozzle position on the jet performance was studied , and the development and end of the shock wavein the flow field of the ejector were analyzed. The results show that the working fluid pressure , back pressure , nozzle position of the steam ejector all have corresponding optimal value at certain conditions , and the shock wave generation and end position have a greatinfluence on the performanee of the ejector. When the first shock wave is produced by the nozzle exit and extended to the outlet vicinity of the mixing section , the second shock wave is ended at the inlet of the diffusion chamber , the ejection coefficient is the largest. When the shock is ended too early or too late, the performance of the ejector will be affected.Keywords : Steam ejector ； Shock effect ； Jet performance0前言蒸汽喷射器是利用工作流体经过喷嘴形成高速流体，在吸入室形成局部真空，把压力较低的引射流体 吸入的设备。
蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟
蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟武洪强;刘中良;李艳霞;付维娜;汤永智;石灿【摘要】应用适用于跨声速流动的湿蒸汽两相流模型对蒸汽喷射器内流体的流动进行了数值模拟研究.重点研究了蒸汽喷射器混合室内流体的流动过程,并比较了采用湿蒸汽模型和理想气体模型计算结果差异.研究结果表明,湿蒸汽模型中,蒸汽喷射器引射系数略高于理想气体模型的,混合室内喷嘴出口和引射蒸汽入口附近激波产生的局部高压明显小于理想气体模型的,工作蒸汽速度、温度的降低也要比理想气体模型的小.%Fluid flow in steam jet ejector was simulated by employing wet steam model for transonic flow. The study focused on fluid flow in mixing chamber of steam jet ejector and compared difference in simulation results between ideal gas and wet steam models. Higher entrainment ratio of steam jet ejector, smaller localized high pressure produced by shock waves near nozzle outlet and ejector inlet, and less reduction in velocity and temperature of primary steam were observed in wet steam model than in ideal gas model.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2017(068)007【总页数】7页(P2696-2702)【关键词】蒸汽喷射器;混合室;凝结;湿蒸汽模型;引射系数;气液两相流;数值模拟【作者】武洪强;刘中良;李艳霞;付维娜;汤永智;石灿【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124【正文语种】中文【中图分类】TQ026.2蒸汽喷射器是一种广泛应用于石油、化工、制冷以及食品工业的重要设备。
蒸汽喷射泵的射流系数经验值_概述说明以及解释
蒸汽喷射泵的射流系数经验值概述说明以及解释1. 引言1.1 概述蒸汽喷射泵是一种利用高速蒸汽的动能来吸引、输送和增压液体的装置。
射流系数是描述蒸汽喷射泵性能的重要参数，它衡量了喷射泵吸引和压缩液体的效率。
准确的射流系数对于设计和运行蒸汽喷射泵至关重要。
1.2 文章结构本文首先介绍蒸汽喷射泵的射流系数的定义以及测量方法。
接着，我们会详细讨论影响射流系数的因素，包括入口直径、出口直径、蒸汽速度等。
然后，对现有常用的经验值表格进行综述，解释其历史背景、发展以及使用局限性。
在此基础上，我们还将探讨经验值对设计和运行的影响，并提供实际应用案例分析。
最后，在结论部分总结主要观点，并对未来研究和应用方向进行展望。
1.3 目的本文旨在全面阐述蒸汽喷射泵的射流系数经验值，深入理解其概念、测量方法以及影响因素。
同时，通过对现有经验值表格的综述和分析，探讨射流系数对蒸汽喷射泵设计和运行的实际意义。
通过深入研究和解释，希望能够为未来蒸汽喷射泵的应用提供重要参考，促进相关领域的发展和创新。
2. 蒸汽喷射泵的射流系数经验值2.1 射流系数的定义蒸汽喷射泵是一种通过使用高速蒸汽来增压输送液体的设备。
在设计和运行过程中，射流系数是一个重要的参数。
射流系数是指蒸汽喷射泵中喷嘴出口处的实际质量流率与理论理想质量流率之比。
这个比值能够直观地反映出液体吸入、混合和排出等过程中损失的质量流率比例，进而影响整个系统的性能。
2.2 射流系数的测量方法为了确定蒸汽喷射泵中的射流系数，有几种常用的测量方法可供选择。
其中，常见且相对简单易行的方法是基于实验测定。
在实验中，可以使用称重法或容积法来测量实际质量或体积流率，并与理论质量或体积流率进行比较。
通过对多组不同工况下的测量数据进行处理和分析，得到不同条件下蒸汽喷射泵的射流系数。
此外，还可以利用计算机模拟软件对蒸汽喷射泵的流动过程进行数值模拟，以获得预期的射流系数。
然而，这种方法需要较高的计算能力和专业知识，并且对模型的准确性和边界条件的设定要求较高。
蒸汽喷射器的工作原理
蒸汽喷射器的工作原理蒸汽喷射器是一种常用的工业设备，用于产生高速喷射的蒸汽流，以完成各种工业过程。
它的工作原理基于蒸汽的压缩和喷射原理，下面将详细介绍其工作原理。
一、蒸汽喷射器的基本构造蒸汽喷射器主要由喷嘴、蒸汽供应系统和冷却系统组成。
1. 喷嘴：喷嘴是蒸汽喷射器的核心部件，通常由一个进口、一个出口和一个中间的喷嘴节构成。
进口处连接蒸汽供应系统，出口处产生高速喷射的蒸汽流。
2. 蒸汽供应系统：蒸汽供应系统主要由蒸汽发生器、蒸汽调节阀和蒸汽输送管道组成。
蒸汽发生器负责产生高温高压的蒸汽，蒸汽调节阀用于调节蒸汽的压力和流量，蒸汽输送管道将蒸汽输送到喷嘴。
3. 冷却系统：冷却系统用于冷却喷射后的蒸汽流，防止喷射后的蒸汽对环境造成过热和污染。
冷却系统通常由冷却水供应系统和冷却器组成。
二、蒸汽喷射器的工作过程蒸汽喷射器的工作过程可以分为三个阶段：压缩阶段、喷射阶段和混合阶段。
1. 压缩阶段：在压缩阶段，蒸汽从蒸汽发生器进入喷嘴的进口处。
当蒸汽进入喷嘴节时，由于喷嘴节内部的几何形状，蒸汽流被迫收缩，形成一个高速的蒸汽射流。
2. 喷射阶段：在喷射阶段，高速喷射的蒸汽流通过喷嘴的出口，与周围的空气或其他物质发生相互作用。
这种相互作用可以产生冷却、加热、混合等效应，用于完成各种工业过程，如蒸汽增压、液体混合、气体吸附等。
3. 混合阶段：在混合阶段，喷射后的蒸汽流与周围环境相互作用，逐渐冷却和扩散。
冷却系统中的冷却器通过冷却水将蒸汽冷却至可接受的温度，同时将剩余的热量带走。
最终，蒸汽流与周围环境完全混合，完成整个工作过程。
三、蒸汽喷射器的应用领域蒸汽喷射器由于其简单、可靠、高效的特点，在许多领域得到广泛应用。
1. 能源工业：蒸汽喷射器可用于增压蒸汽，提高锅炉的燃烧效率，节约能源。
2. 化工工业：蒸汽喷射器可用于液体混合、气体吸附等过程，在化工生产中发挥重要作用。
3. 环保工业：蒸汽喷射器可用于废气处理、废水处理等环保工艺，减少污染物排放。
(精品)湿蒸汽在喷管内流动数值模拟研究毕业论文
河北工业大学毕业论文作者：李慧学号： 110631 学院：能源与环境工程学院系(专业)：热能与动力工程题目：湿蒸汽在喷管内流动数值模拟研究指导者：陈占秀副教授(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2015年 5月 25日目录1 引言 (1)1．1 湿蒸汽两相非平衡凝结流动的研究背景及意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究意义 (2)1．2 湿蒸汽两相非平衡凝结流动的研究现状 (2)1.2.1 国内研究现状 (2)1.2.2 国外研究现状 (2)1．3 喷管简介 (3)1.3.1 喷管简述 (3)1.3.2 喷管类型 (3)1．4 本课题研究的主要内容、目的及方法 (4)2 数值计算方法简介及喷管建模 (4)2.1 数值计算方法简介 (4)2.1.1 有限差分法 (5)2.1.2 有限元法 (5)2.1.3 有限分析法 (5)2.1.4 有限容积法 (6)2.2 喷管内湿蒸汽流动的数值模型 (7)2.2.1 湿蒸汽流动的控制方程 (7)2.2.2 相变模型与方程 (8)2.2.3 水蒸气状态方程 (8)2.3 喷管物理模型的建立以及网格划分 (9)2.3.1 构建物理模型 (9)2.3.2 在GAMBIT中进行网格划分 (9)2.4 构建喷管的数学模型 (11)2.5 求解器的设置 (12)3 蒸汽在喷管内的数值模拟结果分析 (12)3.1 蒸汽在喷管中流动状况分析 (12)3.1.1 喷管中气体流动的基本原理 (13)3.1.2 渐缩喷管中蒸汽两相参数的分布 (13)3.1.3 缩放喷管中蒸汽两相参数的分布 (19)3.2 进口过热度对拉瓦尔喷管自发凝结的影响 (24)3.3 进口压力对拉瓦尔喷管自发凝结的影响 (25)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (28)1 引言水蒸气的凝结过程就是从气相变到液相的过程。
在生活中，水蒸气的凝结是十分常见的，比如在天空中漂浮着的云、平常能够看得见的雾以及飞机跨音速飞行的机翼或者是飞机在尾部“拉出”的“白带”等。
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技术综述收稿日期:2007-09-28作者简介:谢玉健(1985-),男,江苏南京人,硕士研究生,主要从事计算流体力学在生物加工过程中的应用研究。
文章编号:1000-7466(2008)02-0043-05蒸汽喷射器射流场流动模型研究综述谢玉健,洪厚胜(南京工业大学制药与生命科学学院,江苏南京 210009)摘要:综述了3种不同维数的喷射器射流场流动模型的研究工作,分析了3种模型各自的特点后指出,一维模型的建立主要基于定压混合理论或定常面积混合理论;二维偏微分方程模型建立后基于差分法等数值算法进行求解。
随着网格技术和计算方法的提高,三维粘性射流场中激波和湍流的数值模拟发展迅速。
关键词:蒸汽喷射器;射流场;模型;计算流体力学中图分类号:TQ 024.1 文献标志码:AAdvances in Models Research on Flow in Steam EjectorXIE Yu -jian,HONG Hou -sheng(Colleg e of Life Science and Pharmaceutical Engineering ,Nanjing Universityo f Technolog y,Nanjing 210009,China)Abstract :T he research w o rk on the m odels of the flow in steam ejecto r is r ev iew ed and sum ma -r ized w ith 48r eferences.The characteristics of the m odels are analyzed:1-D mo del is based on the theory that the m ix ing process is completed in a constant area o r under a constant pressure.2-D P.D.E mo del is solved by FDM.As the grid com puting and calculate techno logy developed,theresear ches of sim ulations on the shock w aves and turbulence in the 3-D viscous flow are beco ming ho tter.Key words :steam ejecto r;ejector flo w;mo del;computational fluid dy namics喷射器是一种利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的混合反应设备。
蒸汽喷射器是以蒸汽为工作流体的一种特殊喷射器[1],它通过引射残余空气、二次蒸汽等气体可以实现抽吸真空、余热利用、制冷以及输运流体等目的。
因其具有结构简单、加工容易、成本较低、工作可靠、安装维护方便及密封性好等优点在石油化工、医药、冶金、油脂等行业中得到了广泛的应用[2]。
与一般的流体输送设备采用叶片的正应力来提高流体压力的方法不同,蒸汽喷射器是采用两股流体间的剪切力来带动流体向前流动,激波系和边界层的交互作用起着非常重要的作用。
其结构参数和操作参数对蒸汽喷射器的操作性能影响极大[3,4]。
传统的一维流动模型及手工计算方法在处理复杂条件下几何尺寸与操作工况对喷射器性能的影响时,不仅有一定困难而且不太准确。
因而,研究和改进已有的一维、二维和三维模型,并使用计算机对一定尺寸和操作条件的喷射器进行数值求解,提供更为准确的流场分析信息,对应用于各个行业复杂条件的蒸汽喷射器的设计十分重要[5]。
第37卷 第2期 石 油 化 工 设 备 V ol 137 N o 12 2008年3月 P ET RO -CH EM ICAL EQ U IPM EN T M ar 120081 一维流动模型在19世纪末,德国的Zeuner -Rankin 首先使用空气动力学方法对蒸汽喷射器内的混合流体使用动量方程进行了喷射器理论的研究[6]。
运用空气动力学方法对喷射器进行一维设计的主要困难在于对混合过程的动量方程2F =QA d P =G p (1+u)v 3-G p v p 2-G H v H2提出一个合理的解析解。
为此,Keenan 和Neuman 两人合作先后提出了定常面积混合理论和等压混合理论[7]。
前一理论认为混合过程是在截面积不变的情况下完成的,后一理论则认为混合过程是一个近似的等压过程。
他们还设定工作流体和混合流体具有相同的分子量和比热容等理想条件,推导出喷射器几何形状优化公式。
LS H ar ris 等对等压混合理论中工作流体和引射流体开始混合的压力进行定义,认为混合定压应等于引射流体达到声速时的临界压力[8]。
Keenan 为了使问题简化做了不少理想设定,如两股流体具有相同的分子量和比热容,为了使理论深化,研究者们试图将这些因素添加进一维理论的方程。
Wor k 、H eadrich 和H o lto n 等人考虑了被Keenan 忽略的流体分子量因素,他们的实验分别表明流体的分子量对喷射系数影响很大[9,10]。
Defrate和H oerl 研究了不同位置比热容变化的影响并开发了一个计算机程序确定分子量和温度对喷射器的影响[11]。
Fr ancis 和H o ggarth 试图考虑阻力的影响,提出了一个最优运行工况模型[12],但是由于该模型中两股流体的入口滞止温度相同,限制了在工程实际中的应用。
以热力学研究方法为出发点,Dottew eich 和Mo oney 建立了以流体焓值变化为基础的守恒方程式[13];Gupta 和Pandu 根据Pow er 和Ludw ing 的实验结果认为假定混合中流体动量保持不变更切合实际[14~16];徐海涛和桑芝富指出,采用动量守恒模型计算喷射系数及压缩压力,用动能守恒模型分析喷射器的效率能取得令人满意的效果[17]。
当喷射器内的工作气体处于超音速而背压较低时,喷射器会发生壅塞现象。
Munday 和Bag ster 对此提出理论认为壅塞现象与一有效面积有关,引射流体只有通过这一有效截面才能达到音速并开始和工作流体混合,并进而认为有效面积是一个可由实验测得的常数[18]。
H uang 计算后发现有效面积实际上是一个随运行工况变化的变量[19]。
依据喷射器内会发生壅塞现象这一设计要点,H uang 等人将有效面积与喷嘴面积的比值表达成3个特征参量的函数(3个特征参量为第2喉管与喷嘴面积比、工作与引射流体压力比和极限背压与引射压力比)。
并在15台R141制冷喷射器实验中得出了用于计算喷射系数的经验系数[20]。
对一维模型公式的发展和丰富也有很多研究工作。
Emanuel 基于Rayleigh -Pito t 公式提出一种简化模型,将总压与静压的比值表述成波前马赫数和比热比的形式,以此来计算压缩比[21]。
Rice 和Dandachi 将喷射系数u 表达成p p /p H (p p 为引射截面压力,p H 为工作截面压力)和p C /p H (p C 混合出口截面压力)的函数,通过与实验数据拟合获得系数,以此来计算工作流体消耗量[22]。
Addy 等人则将扩散段单独考虑,通过拟合修正来获得整个喷射器的性能数据[23]。
Dutton 和Carr oll 设计了一台用于回收储油罐泄漏天然气的喷射器,并采用A ddy 的分析方法确定了一定压缩比和喷射系数下工作流体具有最小滞止压力的设计方案[24]。
2 二维流动模型从二维的角度对喷射器射流场内的物理事件给予解释,用微分法建立模型可以得到二维喷射器射流场流动的偏微分方程。
但也可以通过简化三维模型得到二维模型。
早期的研究通常采用给定的速度分布将偏微分方程转化为常微分方程,然后通过简单的积分方法来求解。
求解二维流动模型的最初尝试是由Coff 和Coo gan 开始的,他们使用自由平面射流的理论分析引射和工作流体的混合过程[25]。
郭金基对亚音速气体喷射器进行了大量的模型试验,运用数理统计方法找出了速度幂函数曲线,得出了近似的速度分布模型并计算得到了自由射流束的长度和混合室的压力值[26~28]。
Mikhail 则假设混合段的截面速度分布为余弦函数形式,通过求解动量线型积分方程来分析速度和压力的变化规律[29]。
随着计算机技术的快速发展,人们开始通过编制程序,利用计算机来帮助求解问题。
H edg e 和H ill 跨出了历史性的重要一步,他们发展了一种有限差分程序对喷射器内的流动过程做出了模拟[30,31]。
这也是商用计算流体力学(Com putational Fluid Dy namics,简称CFD)方法在喷射器流动中的首次应用。
它的突破性在于,不再象以前的积分一样,需要给定速度分布和压力分布,并且它的结果是与初始条件无关的。
巧合的是,Nilavalagan 也提出#44# 石 油 化 工 设 备 2008年 第37卷了一种类似的模型[32],并且得出了几乎相同的结论,但是他们都没有去研究喷射器中的激波问题。
应用差分方法,Talpallikar等人对定常面积混合过程做了分析[33],而Chen等人则对收敛-扩张喷管内流体的超音速过程做了数值模拟研究[34],他们的共同特点就是只对喷射器的局部进行了二维数值研究。
CFD软件的出现使得喷射器内复杂的超音速流动和混合过程的研究成为可能。
Narabay ashi用商用软件PH OENICS的两相模型对蒸汽喷射-水喷射的流动过程进行了数值模拟[35,36],CFD软件给研究者们提供了一个很方便的平台,Kim、Steg ochi等人对M astuo等人的空气喷射器的结构尺寸和操作参数进行数值模拟,验证了M astuo的结论,即喉管面积比的改变极大地影响着喷射器的操作性能[37,38]。
还有一些研究者做了类似的工作[39,40]。
Beithout和A lbar等人对某用于核反应堆核心冷却装置的蒸汽-水喷射器进行研究,他们将蒸汽喷嘴、水喷嘴、混合段及扩散段作为独立的过程组合起来,推导出喷射器控制体积的二维计算模型[41~44]。
Nev e建立了关于扩压器性能分析的二维轴对称数学模型,湍流模型使用k-E模型,研究了入口速度分布均匀性对扩压器性能的影响,考察了混合室长度、扩压器长度与扩压器工作性能的关系[45]。
张博等建立了喷射泵内二维可压缩流体流动的数学模型,发现持续降低出口压力会在混合室内形成激波,工作压力过高会在混合室内产生壅塞,吸入压力过低会在喷射泵吸入通道内产生回流现象[46]。
于波等应用弱可压缩流体控制方程和大涡模拟湍流模型,采用M acCom ack的预估-校正方法对喷射泵内二维流场进行数值模拟,对喷射泵的不同运行工况进行计算得出较好的预测结果[47]。