结构参数对大气喷射器性能影响的数值模拟研究
以气 源 即压缩 空 气 为 工作 介 质 ， 经 过 滤 减 压 阀进 人大 气喷 射器 ， 使 污物 箱 内较快 产 生 一 定 真 空度 ， 通过 排泄 阀的开启 ， 将便 盆 内的污物 抽 吸至
大气 喷射器 是一 种结 构非 常简单 的真 空元 器
件， 因其产生真空快 、 真空度高 、 运行可靠等优点 ， 在化工 、 电子 、 机 械 等 行业 得 到 了广 泛 的应 用 … 。
ｎ ｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ・ ・ ｌ ｅ ｎ ｔｈ ｇ ｏ ｆ ｎ ｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｎｄ ａ ｏ ｕ ｔ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ａ ｔ ・ ・ ｌ ｅ ｎ ｔｈ ｇ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｎ ｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｅ ｘ ｉ ｔ ｎｄ ａ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ｎｄ ａ ｏ ｕ ｔ ｌ ｅ ｔ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｏ ｎ ｉ ｔ ｓ
Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ａ ｉ ｒ ｅ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ； ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｎ ｃ ｅ ； ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ
１ 前 言
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ ３ 文献 标 识 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５— ０ ３ ２ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ７ ． ０ ０ ７
Ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ Ｊ ｅ ｔ Ｅ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ
如环保 、 节 能 的新 型旅 客列 车真 空集便 系 统 ， 大气
污物箱内， 喷射器再次将污物箱抽至要求真空度， 等待下次工作。可知， 喷射器的真空产生时间、 产 生真 空度 等工 作性 能对 系统工作 有 着至关 重要 的 影响。因此对其工作性能的研究， 对 系统 中大气 喷射器的选用 、 设计及优化有着重要 的实际意义。 流体软件 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 在亚声速及超声速流动 中已
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ ｅ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ － ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｃ ｏ ａ ｃ ｈ ｖ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｍ ｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ
经经 过 了大量 算 例 的验 证 ， 不 但 可 以得 到较 为 准 确 的性能 参数 ， 克服 了手 工计算 过 于复杂 、 试验 耗 费较 大 的缺点 ， 且 可 以详 细 地 研 究 内部 具 体 的流 场形 态及 分布 规 律 Ｊ 。因此 本 文 利用 其 对 大 气 喷射 器进 行数 值模 拟研究 。 ２ 大气 喷射器 结构 及性 能参 数
ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｉｃ ｒ ｐ ｒａ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ — ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｔ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｏ ｆ
ＧＥ Ｒｕ ｉ ， Ｔ ＡＮ Ｇ Ｊ ｉ ｎ ｇ ， Ｚ ＨＥ ＮＧ Ｊ ｉ ｎ — ｘ ｉ ａ ， ＧＡＯ Ｈｕ ａ ｎ — ｆ ｕ （ Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ， ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｃ Ｎ Ｒ， Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ． Ａ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ ｔ ｈ ｕ ｓ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ ｅ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ．
２ ８
ＦＬ ＵＩ Ｄ ＭＡＣＨＩ ＮＥＲＹ
Ｖｏ １ ． ４１， Ｎｏ ． ７， ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ ５— ０ ３ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ ０ ２ ８— ０ ５
结构参数对 大气喷射器性能影响的数值模拟研究
戈 锐， 唐 晶， 郑金 霞 ， 高 焕福
（ 中国北车济南轨道交通装备有 限责任公 司， 山东济南 ２ ５ ０ ０ ０ ０ ） 摘 要： 针对旅客列车真空集 便系统中的核心部 件之一——大气喷射 器 ， 借助 Ｃ Ｆ Ｄ软 件 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ， 研 究 了大气 喷射 器在
使用过程 中， 喷嘴入 口长度及锥 角 、 喷嘴喉部长 、 喷嘴出 口长度及直径 、 扩张管 出入 口长度及直 径 、 扩 张管喉 长度对 大气 喷射器工作性能 的影 响， 为此类 大气 喷射器结 构参 数的设计 及优 化提供 了理论依据 和指 导方 向。 关键词 ： 大气喷射器 ； 数值模拟 ； 工作性 能 ； 结构参数
喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计
喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计1韩启龙，马洋(第二炮兵工程大学 动力工程系， 陕西 西安 710025)摘要：喷嘴是产生高压水射流的关键部件，其结构形式对射流动力学性能有很大影响。
以圆柱形喷嘴为对象，进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。
采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。
为节省计算资源，在优化设计时引入Kriging 代理模型替代计算流体力学模型。
分别采用改进的非劣分类遗传算法（Nondominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-II ）和基于分解的多目标进化算法（MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition, MOEA/D ）进行单目标和多目标优化设计。
研究结果表明：直线型喷嘴总体性能较优，凹型喷嘴次之，凸型喷嘴性能最差。
以直线型喷嘴为设计对象，以射流初始段长度和流量为目标，得到了单目标和多目标优化设计结果，单目标优化时，两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。
多目标优化时，优化得到的半锥角处于[15.4 , 89.8 ]区间上。
基于代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。
关键词：高压水射流；喷嘴；全局优化；两相流；代理模型；MOEA/D 中图分类号：V411 文献标志码：A 文章编号：Influence of nozzle structure on high pressure water jet andoptimization design of nozzle structure parameterHAN Qilong, MA Yang(Second Artillery Engine ering University, Xi’an 710025, China ）Abstract : Nozzle is the crucial component used to generate high pressure water jet, and its structure form has large influence on dynamic performance of high pressure water jet, so the influence of nozzle structure on high pressure water jet is analyzed, and the optimization design of nozzle structure parameter is implemented in this paper. Two phase flow computational fluid dynamics model is employed to analyze flow field. The Kriging surrogate model is used to replace the computational fluid dynamics model in the process of optimization design for reducing the computational resources. The Nondominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition (MOEA/D) are respectively employed to carry out single and multi objective optimization design. The research results were summarized as follows. First, the general capability of line-form nozzle was the best, then the concavity-form nozzle, and the protruding-form nozzle has the worst capability. Second, the single and multi objective optimization design of line-form nozzle was implemented, in which core zone length and mass flux of water jet were taken as optimization objectives. Compared to the baseline, the two indexes increased by 14.71% and 27.56% respectively after the single objective optimization. The optimal semi-cone angle after multi objective optimization located on [15.4 , 89.8 ]. Third, the global optimization algorithm based on surrogate model and evolutionary algorithm was proved to be effective. Key words: high pressure water jet ；nozzle ；global optimization ；two phase flow ；surrogate model ；MOEA/D1收稿日期：2015-11-20基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（E031303）第二炮兵工程大学科研基金青年项目（2015QNJJ034）作者简介：韩启龙（1979－），男，甘肃宁县人，硕士，副教授，E-mail ：longfeng.061106@马洋（通讯作者），男，湖南澧县人，博士，讲师，E-mail ：mldy0612@由于具有清洗质量好、清洗速度快、绿色环保、安全性能高等优点[1]，高压水射流在固体发动机推进剂的清洗和切割中具有很好的应用前景[2,3]。
结构参数对小型蒸汽喷射器性能影响数值模拟
由于它具 有结构 简单 、 对被抽 介质无严格要求 、 操作 维 修 方便 等优点 ，在工业领域得 到了广泛的应用 。本 文
研 究 的小型 蒸汽 喷射 器 主要应 用 于太 阳能 蒸汽 喷 制 冷系统 。它 以蒸 汽作为工 作介质来 抽 吸和压送 气体 ， 以获取需要 的真 空度。 由蒸 汽发生器产生相对高温 高 压 蒸汽经过连接 管道 ， 拉阀尔喷嘴 中喷射 出 ， 从 气流 处 于超音速状态 而压力 降低 ，在 局部区域形成真空 。引 射气 体在压差作 用下流 向低压 区 ， 被高速 气流 卷吸入 室内， 混合后再通过扩压 器排 出 ， 达到连续工作 目的。 喷射 器 内部流 动过程非 常复杂 ， 只用一维 理论研 究 对喷射泵里 真实流体 的流动进 行描述 ， 精确性 受 到
喷射器 是利用 高压 流体 抽 吸低压 流体 的装 置 ［ １ 】 。
度 的限制 ， 时很难 通过实验得 到结果 ［ 对小型 喷射 有 ２ ］ ， 器 困难更 大 。随着计算 机技术 和 Ｃ Ｄ理论研 究 的发 Ｆ
展， 利用各 种 Ｃ Ｄ软件对喷射器 内部流动机理及其 性 Ｆ 能参数 的数值研 究也越来越多 ，但大多数都是 应用 于
１ 物 理 模 型 及 控 制方 程
ｔａ ｒ ｅｕ ｅ ｎａｓ ｌｒｓ ａ ｅｅｔｒｒｆ ｇ ｒｔ ｎ ｓ ｓ ｍ． ｈ ｆ ｅ ｃ ｆｔｅｐ ｅｓ ｒｓｏ ｎｒｉｅ ｔａ ｔｅ ｈ ｔ ｅｔ ｂ ｓｄｉ ｏａ ｔ ｍ ｊｃｏ ｅｒ ｅａｉ ｙ ｔ Ｔ ｅｉｌ ｎ ｅｏ ｒ ｓｕｅ ｆｅ ｔ ｎ ｄｓｅ ｍ， ａ ｏ ｅ ｉ ｏ ｅ ｎｕ ｈ ａ ｈ
ｎ ｚｌｐ ｓｉ ｓ （ ｅ ｌａ ｎｅ ｅｗ ｅ ｅｔ ｔ ｔ ｎ ｅｈｏｔｎｅ ａ ｄｔ ｒａ ｌ ｇ ｎｔｅ ｎ ａ ｍｅ ｔａｏ ｏｚｅ ｏｉｏ ｔ ｎ ｔ ｅｒ ｃ ｔ ｅｎｅ ｃｏ ｏ ｌ ｄｔ ｒａ ｉｌ） ｎ ｅｔ ｏｔｅ ｔ ｏ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈｃ ａ ｂ ｊ ｒ ｕ ｅａ ｈ ｔ ｔ ｈ ｈ ｎ ｈ ｈ ｅｒ ｎ ｒｉ
蒸汽喷射器的CFD 数值模拟及其性能
ＣＦＤ－Ｂａｓｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｅａｍ Ｅｊｅｃｔｏｒ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ＺＨＡ ＮＧ Ｑｉ１ ， Ｈ ＵＯ Ｊｉｅ－ｐｅｎｇ１ ，２ ， Ｗ Ａ ＮＧ Ｒｕ－ｗ ｕ３ ， Ｗ Ａ ＮＧ Ｙ ｕａｎ３
（１ ．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０００４ ，Ｃｈｉｎａ ；２ ．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０ ， Ｃｈｉｎａ ； ３ ． Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｆｅｉｈｏｎｇｄａ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ ．， Ｌｔｄ ．， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１５ ， Ｃｈｉｎａ ． Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ ：ＺＨＡＮＧ Ｑｉ ，Ｅ－ｍａｉｌ ：ｎｅｕ － ｚｑ ＠ １２６ ．ｃｏｍ）
１７ ．３ １３０ ２８ ．１ ５６ ．２ ６４ ．８ ３２５ ６７ ２００ １１０ ４０２ ８００
喷射器 ＣＦＤ 模型的计算域和网格如图 ２ 所 示 ，其中采用了多块网格技术 ，对喷嘴喉部和混合 室处的网格进行了适当的加密·
采用密度基求解器 （ｄｅｎｓｉｔｙ－ｂａｓｅｄ ｓｏｌｖｅｒ ）及自适 应网格方法（ｇｒｉｄ ａｄａｐｔｉｖｅ）来捕捉激波·
表 １ 蒸汽喷射器的主要结构尺寸 Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｉｎ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｅｊｅｃｔｏｒ ｍｍ
工作喷嘴喉部直径 工作喷嘴入口截面直径 工作喷嘴出口截面直径 工作喷嘴渐缩段长度 工作喷嘴渐扩段长度 混合室入口截面直径 圆柱型混合室截面直径 扩压室出口截面直径 混合室渐缩段长度 等截面混合室长度 扩压室长度
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。
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言气水两相喷雾研究在诸多领域，如农业喷灌、燃烧工程、化学喷涂等均有重要应用。
其中，拉瓦尔效应的利用对两相流喷嘴的喷雾效果起到决定性影响。
本研究将采用数值模拟的方法，深入探讨基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾过程及其特性。
二、拉瓦尔效应及气水两相喷雾理论基础拉瓦尔效应是一种基于流体力学原理的现象，即当气流在管道中加速到一定速度后，可以有效地减小或完全消除流动阻力。
气水两相喷雾则是指气体和液体在喷嘴中混合并形成雾状喷射的过程。
这两者结合，可以有效地提高喷雾的效率和效果。
三、数值模拟方法及模型建立本研究采用先进的数值模拟方法，通过建立气水两相喷雾的物理模型和数学模型，对基于拉瓦尔效应的喷雾过程进行模拟。
具体包括：1. 物理模型的建立：根据实际喷嘴的结构和运行条件，建立相应的物理模型。
2. 数学模型的建立：基于流体动力学原理，建立气水两相流的控制方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。
3. 数值模拟方法的选择：采用合适的数值模拟方法，如有限元法、有限差分法等，对模型进行求解。
四、模拟结果与分析通过对模型进行数值模拟，我们得到了基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾的各种特性参数，如喷雾的形状、速度分布、颗粒大小等。
并对其进行分析，得到以下结论：1. 拉瓦尔效应对气水两相喷雾的形状和速度分布有显著影响。
在适当的条件下，拉瓦尔效应可以有效地提高喷雾的均匀性和覆盖范围。
2. 颗粒大小对喷雾效果也有重要影响。
在一定的范围内，颗粒大小越小，喷雾的覆盖率和吸收效率越高。
3. 通过优化喷嘴结构和运行参数，可以进一步提高基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾效果。
五、结论与展望本研究通过数值模拟的方法，深入探讨了基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾过程及其特性。
结果表明，拉瓦尔效应对气水两相喷雾的形状、速度分布和颗粒大小等均有显著影响。
这为进一步优化喷嘴结构和运行参数，提高喷雾效果提供了重要的理论依据。
液环泵喷射器三维流场数值模拟分析
２１ ０ ２年 ５月
文章 编 号 ：０ １ ３９ （０ ２ ０ － １ １０ １０ — ９７ ２ １ ）５ ０ １－ ２
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉｅ ｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕｅ
液环泵喷射 器三 维流场数值模拟分析
引射压力（ ａ Ｐ）
采用 Ｃ Ｘ软件较好的模拟 了喷射器三维模 型的流场 ， Ｆ 在喉 嘴距为 ２ ｒ ０ ｍ时的喷射系数最大 。面积 比不变 的情况下 ， ａ 较高的
图 ４不同喉嘴距下喷射系数随引射压力变化
存 引射 气量 和喷射系数 随引射压力 和喉 嘴距变化 的关系 ， 如 引射压力能提高喷射器的效率。在引射压力下一定 的条件下 ， 约为 １．５ ， 时喷射系数最大。这样 ， ０１ ）此 可 图 ３ 图 ４所示 。由图 ３可见 ， 、 当引射压力为 ２ ０ Ｐ 时 ， ０ ０ ａ 喉嘴距为 在一个最佳 的面积比（ 以为喷射器 的优化设计提供理论依据。 ４ ｍ ３ｒｍ、５ ｍ时引射气量是负值 ， ０ ｍ、０ ａ １ｒ ａ 形成 了倒 吸 ， 喷射器不 能正常工作。 随着引射压力的增大 ， 引射气量迅速的增加， 当引射 参考 文献 压力达到 ４ ０ Ｐ 时引射气量趋于稳定 。但是在喉嘴距为 ２ ｍ ［］ ００ａ ０ｍ ２ 廖国进 ， 巴德纯 ， 阎少峰 ， 蒸汽喷射泵超音速流体三维模拟研究 ［］ 等． Ｊ．
｛
｝ ｔｅ幻 ａ ｔ ｈ ｅ 舭ｔａｏｅｓｃｎｈａｏ ｅｈ ｏＰｅＭｒ ｈ ａ ｈｈ ｚ ｔｅ ｄ ｉ ａＬｅ ｆ ｃ ｉ ｎ ｏ ｒ ｚｄａ 舭ｒ ｆ ｃ ｈｊ ｇ ｆ ｏ ｌｉ ａ ｔ ｒ Ｔ ｔ ｎ 。
ｉ ｃ ｎ， ｈｃ ｒｖｄｓｒ ｅｅｃ ｒ ｐ ｉ ａ ｄｓ ｎｏ ｅ ｃｏ． ｉ ｔｗ ｉ ｐ ｏｉｅ ｅ ｒｎ ｅ ｏ ｔ ｌ ｅｉ ｊ ｔ ｅ ｈ ｆ ｆ ｏ ｍ ｇｆ ｅ ｒ
基于FLUENT的大气喷射器工作性能数值仿真研究
收 稿 日期 ：０ ９０ —０ ２ ０ ～３１ 基 金 项 目 ： 方 联 合 电力 有 限 责 任 公 司 技 术 改造 项 目 北
作 者 简介 ： 立 夫 （ ９３ ） 男 ， 读 硕 士 ， 蒙 古 工 业 大 学 理学 院 力 学 系． — ｉ ｈ ｎｉ ４ ２ １ ３ｃｒ 韩 １８～ ． 在 内 Ｅ ｍａ ：ａ ｌｕ １ ＠ ６ ．ｏ ｌ ｆ ｎ
况 等 等 ． 文 利 用 数值 模拟 的 方 法 ， 助 Ｆ Ｎ 软 件 ， 究 大 气 喷射 器 投 入 使 用 本 借 Ｉ ＵＥ Ｔ 研
时 的 压 强 工 况 对 其 工 作 性 能 的影 响． 究 表 明 ：） 着 引射 流 体入 口压 强 的 逐 步 增 研 １随
大 ， 汽器 的真空度逐渐 下降 ， 凝 引射 系 数 逐 渐 变 大 ； ） 合 流 体 出 口压 强 在 １ Ｐ ２混 ０ｋ ａ 到 １ Ｐ 变 化 时 ． 射 系数 基 本 保 持 定 值 ； ） 着 混 合 流体 出 口压 强 的逐 步 增 大 ， ３ｋ ａ 引 ３随
１３ 工作 原理 ．
以大气 （ 总压 强 Ｐ ＿ ＝ ０ ３ ５Ｐ ） 为工 作流体 （ 照 图 １ ， ｖｐ ＝１ １ ２ ａ 作 参 ） 通过 喷 嘴产 生高 速气 流 （ ６０ｍ／ ） 约 ０ ｓ ， 使喷嘴后 的静 压强 降至 约 ４ｋ ａ 凝 汽器总 压强 Ｐ — 在 ９ｋ ａ左 右 ） 由于 压差 和气 体黏 性 的共同作用 ， Ｐ （ ｎｎ Ｐ ． 将 凝汽器及 其系 统 中的引 射流体 吸入 ， 混合 段与工 作 流体相 混合 ， 扩 散段 扩 压至 Ｐ — ≥ １ Ｐ （ 经 经 ｃ ｃ ０ｋ ａ 水
口直径 １ ｍ， 部直 径６ｃ 出 口直径 １ ｍ， ２ ｃ 喉 ｍ， ６ ｃ 总长 １ ５ ｍ， ４ 收缩段 长４ ｍ； ｃ ５ ｃ 引射室 长２ ｍ， ５ ｃ 直径 １ ２ ｍ； ｃ
结构参数对大气喷射器性能影响的数值模拟分析
在发 电机 组 中 ， 级水环 真 空泵运 行 时往往 存 在安全 等方 面 的问题 ［ 有 时还 出现振 动超标 、 单 ， 噪音大 、 运 行 电流不 稳定 等现 象． 试验发 现 ， 在单级 水环 真 空泵 前端 加装 一 级 大气 喷 射器 ， 仅 能够 消 除机 组 的 汽蚀 现 不
佳 锥 度 为 ０， 压 器 的 最 佳 锥 度 为 ２ ４ ， 嘴 的最 佳 喉部 直径 为 ｉ ５ ｍ． 。扩 ． 。喷 ． ｃ
关 键 词 ： 气 喷 射 器 ；结 构 参 数 ； 值 模 拟 ；真 空 度 ；引 射 系数 大 数
中 图 分 类 号 ： Ｂ７ ； ６ Ｔ ９ Ｏ ３８ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： ０ １ ８ ３ （ ０ １ ０ － ２ ３ ０ １ ０－ ７ ５ ２ ｌ ）３ ０ ４ － ３
象 和 降低 噪音 ， 而且 能 够提 高机组 系统 的真 空度 ． 构参 数 对 大气 喷 射器 的性 能有 显 著影 响 ， 喷 射器 结 ］结 在 构 参 数优 化方 面 ， 爱 国等口 对 喷 射器 内部 流动进 行 了数值 模 拟 ， 别计算 了不 同喉管长 度时 的喷射 器 内部 梁 分
２ 内蒙 古 工 业 大 学 理 学 院 ， ． 内蒙 古 呼 和 浩 特 ０ ０ ５ ； ． １０ １ ３ 内蒙 古 电 力科 学 院 ， 蒙古 呼 和 浩 特 ０ ０ ５ ） 内 １０ １
摘
要 ： 助 Ｆ ＵＥ 借 Ｌ ＮＴ 软 件 ， 量 研究 了 结 构 参 数 对 大 气 喷 射 器 性 能 的影 响 ， 对 数 值 模 拟 结 果 进 行 了 分 定 并
收稿 日期 ：２ １ － １２ ０ ０１－８
（ ２ ）
（ ３ ）
作 者 简 介 ；王
结构参数对气体引射器性能的影响研究_唐建峰
～ 50Pa（ 表） ，背压范围为 10 ～ 120Pa（ 表） ； 二氧化 碳的流量范围在 0． 1 ～ 0． 6m3 / h 之间，被引射的
空气流量在 10 ～ 89m3 / h 之间，根据气体动力函
数法，引射器的基准尺寸及对部分结构尺寸的改
变情况如表 1 所示［9］。
表 1 引射器结构尺寸
项目
为研究吸入口直径对引射性能的影响，吸入 口直 径 分 别 取 为 15、25、30mm，引 射 气 压 力 取 6000、8000、14000、18000、22000、27000、35000、 43000Pa，在每个吸入口直径下变化引射气压力， 观察引射系数的变化情况，图 7 示出不同吸入口 直径下引射系数随引射压力的变化曲线。
TANG Jian-feng1 ，SHI Ming-gen2 ，LIU Yang1 ，CHEN Jing1 ，WANG Deng-deng3
（ 1． China University of Petroleum Qingdao（ East China） 266555，China； 2． CNOOC Hainan Natural Gas Co． Ltd． ， Haikou 570105 China； 3． CCCC Third Harbor Consultants Co． Ltd． ，Shanghai 200032，China）
由图 5、6 可知，不同的出口压力下，引射系数 最大 时 对 应 的 喷 嘴 距 是 不 同 的，当 引 射 压 力 为 33000Pa 时，对应的最优喷嘴距为 10mm； 当引射 压力为 16000Pa 时，对应的最优喷嘴距为 5mm； 当引射压力为 11000Pa 时对应的最优喷嘴距为 0 mm，即随着 引 射 压 力 的 增 大，最 优 喷 嘴 距 会 增 大。当出口压力为 10Pa 时，最优喷嘴距为 5mm， 当出口压力为 42Pa 时，最优喷嘴距为 0mm； 当出 口压力为 58Pa 时，对应的最优喷嘴距为 － 2mm， 即随着出口压力的增大，最优喷嘴距会减小。产 生这种现象的原因是，引射压力越大，克服流体倒 流产生附加损失能力越大，因此喷嘴与混合室入 口的距离可以长一些； 出口压力越大，需要引射的 低压气体量越少，需要的引射距离越小，因此喷嘴 距可以小些［10］。 4． 2 吸入口直径对引射性能的影响
下喷式液气喷射器内流体力学的数值模拟
喷射器基本几何 尺寸 为喷嘴 直径 Ｄ ９ ｍ， ＝ ｍ
响 ；Ｋｍ ｉ 研究了水平放置的喷射器中工作流体 的 体积流率、喷射高度、喷嘴直径对含气量 的影 响； Ｗｉｅ 首次 提 出了混合 波 的概 念 。 ｔ ｔ 随 着 计 算 流 体 力 学 （ ｏ ｐ ｔｉ ａ Ｆｕｄ Ｄ — Ｃ ｍ ｕａｏ ｌ ｌｉ ｙ ｔｎ ｎｍｃ Ｃ Ｄ 的发展 ，部分 学者开始用 Ｃ Ｄ对 射 ａ ｉ Ｆ ） ｓ Ｆ 流器内部流场进行数值模拟 和计算 】 卜” ，研究 液 气喷射泵的内部 流动情况 ，并取得 了很好的效果 ： Ｋ ｎａｕ ¨ 首次对气液喷射器 的动力 特征进行了 ａｄｋｒ ｅ
比，模拟结果 比较合理 ；Ｔｎ ｔ ｏａｄＺ ｅｈ ｎ ｏｙＵｏ ｎ ｈｎｕ ｍ Ｊ 研究了气液喷射器几何参数对进 出 口压力和 ｉ ｎ 质 量传 递 的影 响 ；姚 云¨ 等人 对 上 喷 式 喷 射 器 的 动力特点进行了模拟 ， 并分析了与 Ｋ ｎａｕ 实验 ａｄｋｒ ｅ
结果不 同的原 因 。 本 文 的主要 工作 是用 Ｓ Ａ ．Ｃ ＋ 拟 一定 结 Ｔ ＲＣ Ｍ 模
见 ，本 文 采 用 ２ Ｄ模 拟 。取 流 体 流 动 方 向 为 ｘ方
向，引射流体入 １段流速与喷嘴工作流体流速相 比 ： １ 较小 ， 故将引射流体的侧 向人 Ｅ简化为轴 向环形人 ｌ Ｅ 采用等面积原则 ） ｌ（ ，从而将喷射器的三维结构 转化 为二 维 轴 对 称模 型＿ 】 ，采 用 结 构 网格进 行 划 分 ，网格数大约为４６０ ７５ ，网格划分图形见图 ２ 。
面积 比的增加 ，混合管 入口的压力先增高后减低 ，空气抽 吸量存在一个最大值 ，此 时对应面 积比约为 ４ 。在模拟 的喉径 比范围 内，混合 管人 口处 的压力较低 ，但存在一个最 大的压力降 ，对应喉管长度为 ０ ，空气抽吸量随 喉径 比而 变 ，也存在一个最 大值 。喷射器结构参数一定 ，空气抽 吸量和混合管压力降随喷嘴速度 的增 高而增加 。