為了探究混合工質(zhì)噴射器內(nèi)部流體的流動特性及傳熱傳質(zhì)機理,運用氣體動力學函數(shù)法建立了混合工質(zhì)噴射器動力學模型�；谒O(shè)計的非共沸混合工質(zhì)（R32/R245fa）噴射器結(jié)構(gòu)尺寸,建立二維穩(wěn)態(tài)軸對稱模型,開展了混合工質(zhì)噴射器特性的數(shù)值模擬研究。分析了混合工質(zhì)噴射器內(nèi)部流體的速度場、壓力場、溫度場及濃度場變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:混合工質(zhì)噴射器內(nèi)速度場、壓力場、溫度場及濃度場具有較好的動力學特性,其噴射因數(shù)比純工質(zhì)（R245fa）噴射器提高了78.95%,為混合工質(zhì)噴射器優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。 

【文章來源】：河南科技大學學報(自然科學版). 2020,41(04)北大核心

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【部分圖文】：

噴射器結(jié)構(gòu)圖

圖3 混合工質(zhì)噴射器內(nèi)部速度云圖圖5為混合工質(zhì)(R32/R245fa)噴射器內(nèi)部壓力云圖。由圖5可以看出:壓力從噴嘴入口到噴嘴出口變化巨大,并且在噴嘴出口下游出現(xiàn)一條明顯的鉆石激波鏈。圖6為混合工質(zhì)噴射器的靜壓沿噴射器軸向分布圖。由圖6可以看出:高壓狀態(tài)的工作流體經(jīng)過噴嘴后壓力驟降,工作流體經(jīng)過噴嘴后壓力由1 153 kPa降低至117 kPa,在噴嘴出口處壓力繼續(xù)降低形成真空域。計算結(jié)果顯示噴射器中工作流體噴嘴出口下游與引射流體入口的最高壓差為78 kPa,在這個壓差作用下引射流體被抽吸進入吸入室。超音速的工作流體因在噴嘴漸擴段出口流道突然擴大,在噴嘴出口出現(xiàn)斜激波,斜激波到混合邊界層被反射為膨脹波,膨脹波到混合邊界層被反射為壓縮波,經(jīng)過多次反射而產(chǎn)生了鉆石激波鏈,激波的能量不斷耗散,直至激波消失殆盡。從圖6還可以明顯看出:噴嘴出口壓力出現(xiàn)了一段連續(xù)波動。工作流體與引射流體在混合室等截面段以等壓的形式進行混合,并繼續(xù)向前流動,充分混合的流體進入擴壓室時,因壓力先小幅下降再突然升高而出現(xiàn)正激波,該現(xiàn)象有助于噴射器內(nèi)部流體克服出口背壓,混合后流體進入擴壓室壓力進一步提升,直至達到噴射器出口背壓。

根據(jù)噴射器幾何結(jié)構(gòu)尺寸,利用ICEM軟件建立二維噴射器模型并進行結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格的劃分,而網(wǎng)格的質(zhì)量直接影響數(shù)值模擬計算的精確度和所需時間,因此在實際模擬計算前,需對網(wǎng)格無關(guān)性進行檢驗以確保模擬結(jié)果具有準確性。將噴嘴出口中心及擴壓室入口中心作為觀測點,設(shè)置不同的網(wǎng)格數(shù)量,觀察這兩個位置壓力和速度的變化,結(jié)果如圖2所示。圖2a中網(wǎng)格數(shù)在4×104以內(nèi)時,兩個觀測點的參數(shù)均變化較大,噴嘴出口壓力隨網(wǎng)格數(shù)的增加而降低,噴嘴出口速度隨網(wǎng)格數(shù)的增加而增加。圖2b中擴壓室入口壓力隨網(wǎng)格數(shù)的增加而增加,擴壓室入口速度隨網(wǎng)格數(shù)的增加而降低。當網(wǎng)格數(shù)達到4×104以后,噴嘴出口及擴壓室入口的壓力與速度基本維持不變。因此,在數(shù)值模擬研究中,網(wǎng)格數(shù)設(shè)置在4×104左右,網(wǎng)格質(zhì)量保持在0.9以上。同時,為了更準確地捕捉內(nèi)部流體的激波現(xiàn)象,對流動劇烈的地方進行適當?shù)木W(wǎng)格加密處理,噴射器壁面也進行了逐層加密。本文利用Fluent 19.0軟件進行求解計算,選用基于壓力的二維軸對稱求解器,計算過程中要遵守質(zhì)量、動量、能量及組分守恒控制方程。湍流模型采用標準k-epsilion模型,近壁處選用標準壁面函數(shù)法。對噴射器入口采用壓力入口邊界條件,出口采用壓力出口邊界條件,壁面采用絕熱無滑移壁面邊界條件�；旌瞎べ|(zhì)噴射器邊界條件見表2。Fluent 19.0軟件采用有限體積法對控制方程進行離散,求解方法中壓力-速度耦合方法選用Simple算法,梯度項選用基于最小二乘單元,壓力項選用二階格式,其余項均采用二階迎風格式。混合工質(zhì)物性通過調(diào)用NIST multispecies real gas model獲得,該材料模型只能限制在單相狀態(tài)下使用,為了保證噴射器內(nèi)部流體全為氣態(tài),進出口溫度均設(shè)5 K的過熱度[19]。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]雙元工質(zhì)在噴射制冷系統(tǒng)中循環(huán)機理的研究[D]. 張于峰.天津大學 2003

碩士論文
[1]低溫余熱二元非共沸混合工質(zhì)噴射式發(fā)電制冷系統(tǒng)優(yōu)化研究[D]. 解西敏.重慶大學 2016



本文編號：3088783