三喷嘴蒸汽喷射泵的数值模拟研究与分析

摘要

蒸汽喷射泵是一种将低压蒸汽转化为高压蒸汽，也能实现抽真空目的的装置。传统单喷嘴蒸汽喷射泵的操作工况在偏离设计值时，喷射性能会严重恶化。而多喷嘴蒸汽喷射泵由于对工作蒸汽的分流作用，变工况操作时，在一定程度上能保持稳定运行。因此在实际生产应用中，可发挥其优势。鉴于传统的理论和实验方法无法对其内部流场做出准确的描述和测定，本文利用数值模拟的方法，借助STAR-CCM+软件平台，主要以三喷嘴蒸汽喷射泵为研究对象，通过对其内部流场的模拟，考察不同操作参数和几何参数对泵内流场结构的影响，从流场结构变化的角度来研究操作参数、几何参数与喷射系数的关系，进而为提高多喷嘴蒸汽喷射泵的抽气性能、工作稳定性以及为其结构的优化设计提供理论基础。
　　本文主要的研究工作：（1）考察分析工作蒸汽压力、引射蒸汽压力及扩压管背压（混合蒸汽压力）对泵流场结构及性能的影响；（2）考察分析喷嘴位置、各喷嘴轴线交点位置、混合室收缩角度、扩压管长度对泵流场结构及性能的影响；（3）与相同设计工况的单喷嘴蒸汽喷射泵，在相同操作参数下的模拟结果进行对比分析，得出三喷嘴蒸汽喷射泵最佳的操作参数范围；（4）将三喷嘴与四喷嘴蒸汽喷射泵进行性能对比。
　　模拟结果表明，与相同设计工况的单喷嘴蒸汽喷射泵相比，三喷嘴蒸汽喷射泵在工作蒸汽压力存在波动时，都能保持较高的喷射系数，更稳定地工作；但当引射蒸汽压力在一定范围变化时，其喷射系数要略低于单喷嘴的；其对应的扩压管临界背压值比单喷嘴的小，即三喷嘴蒸汽喷射泵对引射蒸汽升压的最大限度要低于单喷嘴的。同时，得到了该三喷嘴蒸汽喷射泵最佳的几何结构，其中喷嘴出口以接近混合室入口为最佳位置，各喷嘴轴线交点位置位于混合室收缩段下游为最佳，以及混合室收缩角度不宜过大、扩压管长度存在最佳范围，使其喷射系数达到最大值，从而起到最佳的节能效果。
　　总之，本文通过对三喷嘴蒸汽喷射泵内部流场结构的研究，可以深入理解操作参数和几何参数对其性能的影响机理，为多喷嘴蒸汽喷射泵的稳定工作、性能改进及结构优化提供理论依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

符号说明

第一章 绪论

1.1研究对象的背景与意义

1.2蒸汽喷射泵的工作原理

1.3喷射泵的研究进展及现状

1.4本文研究的主要内容

第二章 蒸汽喷射泵流场结构分析

2.1拉瓦尔喷嘴的介绍

2.2蒸汽喷射泵内部激波链产生的原因

2.3壅塞现象

第三章 CFD简介与模型的建立

3.1CFD介绍

3.2 STAR-CCM+软件的介绍及模拟过程步骤详解

3.3 计算模型的建立

3.4 模拟方法的实验验证

第四章 计算结果与分析

4.1 操作参数的影响

4.2 几何参数的影响

4.3 本章小结

第五章 操作参数对三喷嘴、单喷嘴影响的对比分析

5.1工作蒸汽压力PP的影响

5.2引射蒸汽PH的影响

5.3扩压管背压PC的影响

5.4本章小结

第六章 结论

建议

参考文献

附录A

攻读学位期间所取得的科研成果

致谢