本文關(guān)鍵詞：基于CFD模擬的液氣射流泵卷吸特性研究與設(shè)計(jì)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：射流泵是一種用來(lái)傳遞能量、質(zhì)量的流體機(jī)械和混合反應(yīng)設(shè)備。它工作可靠,安裝維護(hù)方便,密封性好,有利于輸送有毒、易爆、易燃和放射性介質(zhì)。各種有壓能源均可以直接作為射流泵的工作動(dòng)力,不需要添加其他輔助設(shè)備,所以射流泵的綜合應(yīng)用價(jià)值很高。但射流泵的結(jié)構(gòu)比較特殊,兩股流體混合時(shí)能量損失較大,使射流泵的整體傳能效率較低,一定程度上限制了射流泵的使用范圍。本文采用數(shù)值模擬方法,借助FLUENT14.0軟件平臺(tái),通過對(duì)液氣射流泵內(nèi)部流動(dòng)的模擬,考察不同幾何參數(shù)以及噴嘴的結(jié)構(gòu)對(duì)射流泵內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,從流場(chǎng)結(jié)構(gòu)變化的角度來(lái)研究幾何參數(shù)、噴嘴結(jié)構(gòu)與射流泵抽氣性能的關(guān)系,提高泵的抽吸氣體性能。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：(1)選用合適的湍流模型、多相流模型及采用合理的求解策略,求得在一定幾何參數(shù)和邊界條件下液氣射流泵內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的數(shù)值解。(2)改變喉嘴距、面積比這兩個(gè)重要參數(shù),分別對(duì)射流泵進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)喉嘴距離為1.5倍噴嘴直徑、面積比在4.0～7.0之間能使得泵的抽吸氣體的能力達(dá)到最佳。(3)采用數(shù)值模擬的方法,研究單噴嘴射流泵內(nèi)部的流場(chǎng)結(jié)構(gòu),以及液氣兩相的運(yùn)動(dòng)混合規(guī)律。在此基礎(chǔ)上改變噴嘴的結(jié)構(gòu)形式,把漸縮噴嘴改成孔口噴嘴,研究射流泵的抽氣特性,以及內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同噴嘴結(jié)構(gòu)在射流泵內(nèi)部產(chǎn)生不同的壓力、速度、湍流動(dòng)能分布,進(jìn)而產(chǎn)生射流泵的不同卷吸特性�？卓趪娮炀哂懈训幕旌闲Ч途砦匦�。(4)獲取多噴嘴射流泵的模擬數(shù)據(jù),比較單噴嘴與多噴嘴之間的性能以及內(nèi)部流動(dòng)差異。結(jié)果表明,射流泵內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與噴嘴的結(jié)構(gòu)和數(shù)目密切相關(guān)。四個(gè)噴嘴的噴射效果要優(yōu)于單噴嘴噴射,高速液體射流從四個(gè)小噴嘴噴出之后,會(huì)立即被散開,分散成小液滴與環(huán)繞在周圍的氣體均勻混合,在喉管的中段就已經(jīng)完成了混合的過程。相比之下,從單孔噴嘴噴出的射流要經(jīng)過很長(zhǎng)的距離,射流的高速核區(qū)才會(huì)消失,到達(dá)出口之前液氣兩相的速度差仍然較大。(5)比較4噴嘴、5噴嘴以及9噴嘴之間的抽氣能力,探索造成抽吸氣體能力差異的內(nèi)在原因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴嘴的數(shù)目以及噴嘴的布置方式是影響射流泵性能很重要的一方面。相對(duì)于其他兩種情況,9噴嘴具有更好的抽吸氣體性能。這是由于9噴嘴y方向水的速度梯度最大值區(qū)域面積最大,即噴嘴出口處速度變化最快,液氣兩相在這個(gè)區(qū)域混合最快。本文研究工作表明,喉嘴距、喉嘴面積比是影響射流泵工作性能很重要的兩個(gè)參數(shù),存在一個(gè)最優(yōu)值使得抽吸氣體效率到達(dá)最佳。噴嘴的數(shù)目及分布方式改變射流泵內(nèi)部的液氣兩相流動(dòng)規(guī)律及摻混效果,造成抽吸氣體的性能差別很大。相同面積比的9噴嘴,平行布置與聚焦布置對(duì)泵內(nèi)的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)均產(chǎn)生明顯的不同影響。本文通過對(duì)液氣泵內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬研究,可以深入理解幾何參數(shù)以及噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)泵性能的影響機(jī)理,為射流泵的性能提高及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：液氣射流泵 流場(chǎng)結(jié)構(gòu) 數(shù)值模擬 多噴嘴 卷吸特性
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH38
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 引論11-19
• 1.1 液氣射流泵原理11-12
• 1.2 射流泵的分類12-14
• 1.3 射流泵的發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 設(shè)計(jì)理論研究14-15
• 1.3.2 內(nèi)部流動(dòng)研究15-17
• 1.4 課題的提出和本文研究的內(nèi)容17-19
• 第2章 液氣射流泵基本理論19-24
• 2.1 有限空間射流理論19-20
• 2.2 射流泵內(nèi)部流態(tài)變化20-21
• 2.3 射流泵基本性能參數(shù)21-23
• 2.4 混合激波23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第3章 射流泵CFD建模24-34
• 3.1 CFD的簡(jiǎn)介24
• 3.2 CFD基本原理24-25
• 3.3 CFD與其他流體分析方法的關(guān)系25
• 3.4 控制方程25-26
• 3.5 湍流模型26-28
• 3.5.1 雷諾數(shù)26-27
• 3.5.2 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和Realizable k-ε模型27-28
• 3.6 流體屬性28
• 3.7 幾何建模28-30
• 3.8 網(wǎng)格劃分30-31
• 3.9 邊界條件的設(shè)定31-32
• 3.10 數(shù)值求解收斂條件32-33
• 3.11 本章小結(jié)33-34
• 第4章 單噴嘴液氣射流泵卷吸特性34-50
• 4.1 泵內(nèi)壓力34-35
• 4.2 液相與氣相體積分?jǐn)?shù)35-36
• 4.3 液相的速度矢量36-37
• 4.4 噴嘴出口位置(NXP)的影響37-41
• 4.5 混合管直徑的影響41-44
• 4.6 兩種噴嘴的比較44-48
• 4.7 本章小結(jié)48-50
• 第5章 多噴嘴液氣射流泵數(shù)值模擬50-64
• 5.1 射流泵和多孔噴嘴的結(jié)構(gòu)50-51
• 5.2 單噴嘴與四噴嘴的比較51-54
• 5.3 多噴嘴卷吸特性54-58
• 5.4 平行噴嘴與聚焦噴嘴58-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第6章 結(jié)論和展望64-66
• 6.1 結(jié)論64
• 6.2 展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 致謝72

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本文編號(hào)：319525