喷射器引射特性数值分析

摘要

在核动力装置运行时，漏入或被携带进入冷凝器的不凝性气体会明显降低冷凝器的工作能力，进而影响冷凝器内的真空度和装置的效率，喷射器主要用于抽出冷凝器中的不凝性气体。同时，喷射器在水下、有放射性、易燃易爆等许多工业领域都获得了广泛应用。已有研究表明，喷射器的结构参数和运行参数对喷射器的运行特性都有影响，不同参数的影响具有紧密的耦合性。鉴于目前还缺乏对喷射器内部流场的系统认识，本文采用数值分析的方法，研究了喷射器的运行特性及其内部流场，探索了各因素的影响规律和机理，为喷射器数学模型的建立和设计提供参考。
　　本文的主要研究内容包括：
　　首先根据临界截面理论，建立了喷射器的引射特性和压缩特性的气动理论模型，通过对模型的分析，表明喷射器的引射特性和压缩特性取决于几何截面的比值 fP1/fP*、fm/fP1、f3/f2，和运行参数的比值PP/PH、PC/PH、TP/TH，而非结构参数和运行参数的绝对值。
　　然后，应用商业软件FLUENT，对喷射器内的流场及其引射特性进行了数值模拟，详细描述了运行在双壅塞状态和单壅塞状态下的喷射器内流场特性，以及三种喷管出口截面处压力不匹配度工况下混合区前段流场的发展过程。
　　最后，通过单一因素分析法，对各因素对喷射器工作性能的影响进行了分析研究。
　　研究结果表明：喷射器的引射特性由混合区前段的有效引射区决定。当混合流场中涡的卷吸作用是影响介质混合区域的主导因素时，可用混合层边界表征相的分布范围；湍动能和涡耗散率与混合层内动量和组分输运直接相关，其分布与涡量分布相似，可以通过分析湍动能和涡耗散率定性描述喷射器内流场混合层内涡的特性；径向速度 v可用于表征组分的径向输运过程，一定程度上可以通过考察v的分布来预测流场中的混合强度。
　　当压力不匹配度小于1时，高速蒸汽的可压缩性对涡卷起的抑制作用，需要较长的混合区均衡流场，但可压缩性对混合层发展的影响有上限；当压力不匹配度大于1时，喷管出口处的激波可使混合层增长速度变大，使流场在较短的距离内便达到均衡状态，有效缩短喷射器长度，适当增大喷管扩张角也可以得到这样的效果；当引射介质压力一定时，工作蒸汽压力的减小可以增加引射介质的流通截面积，同时会提高有效引射压力，以上两种作用最终使得工作蒸汽压力在一定范围内变化对喷射器的引射性能影响不大。
　　对几何参数的研究表明，混合室截面面积与喷管出口截面面积比对喷射器引射特性的影响最为显著。在压力不匹配度相同的条件下，喷管出口截面与临界截面比对喷射器引射特性的影响规律与混合室截面与喷管出口截面比的影响规律基本相同；在本文的研究范围内，喷射器的引射性能随喷管远离混合室有所提升。

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目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容

第2章 理论模型的建立

2.1 喷管临界流率

2.2 喷射器理论模型

2.3 本章小结

第3章 前处理及模拟方法

3.1 几何模型

3.2 网格划分

3.3 网格无关性验证

3.4 工质物性

3.5 模型的选择

3.6 求解设置

3.7 收敛标准

3.8 本章小结

第4章 喷射器典型内流场分析

4.1 背压的影响

4.2 典型流场分析

4.3 本章小结

第5章 喷射器引射特性单一因素分析

5.1 混合层简介

5.2 压力不匹配度ζ对混合场的影响

5.3 喷管扩张角θ对喷射器特性的影响

5.4 工作蒸汽压力PP对喷射器特性的影响

5.5 fm/fP1、fP1/fP *和NXP对喷射器特性的影响

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及取得的科研成果

致谢