射流泵内部流场数值模拟与优化设计

摘要

射流泵是一种用来传递能量、质量的流体机械和混合反应设备。它工作可靠，安装维护方便，密封性好，有利于输送有毒、易爆、易燃和放射性介质。各种有压能源均可以直接作为射流泵的工作动力，不需要添加其他辅助设备，所以射流泵的综合应用价值很高。但射流泵的结构比较特殊，两股流体混合时能量损失较大，使射流泵的整体传能效率较低，一定程度上限制了射流泵的使用范围。 本文通过对射流泵数值模拟和试验研究，着重从喉管和喉嘴距两部分对射流泵进行结构优化，主要工作及研究成果如下： 1.具体论述了射流泵的研究现状与射流泵内部流动理论，指出目前制约射流泵进一步发展的主要因素。 2.简要介绍了数值计算的基本方法与过程，利用PRo/E软件对射流泵进行三维造型，采用GAMBIT软件对射流泵模型进行网格划分。 3.通过射流泵内部流场数值模拟，分析其中压力场与速度场的分布情况，掌握了射流泵内部流动规律。 4.计算了面积比为8、5和3下的射流泵，通过分析研究得到了每个面积比下射流泵不同的最优喉管混合长度，将这三种不同长度拟合从而导出了一定面积比3-8情况下最优喉管长度的计算公式。 5.计算了面积比为8、5和3下的射流泵，对每个面积比下考虑四种不同的喉嘴距，通过分析比对得到了每个面积比下的最优喉嘴距，最后通过拟合导出了一定面积比3-8情况下最优喉嘴距的计算公式。 6.通过面积比为3的射流泵试验，利用U型压差计测量喉管压力变化来验证模拟与拟合结果的正确性；调节四种喉嘴距，通过性能试验验证计算所得最优喉嘴距的正确性。试验结果表明拟合得到的公式是正确的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1射流泵结构与特点

1.2射流泵研究现状

1.3本课题研究的意义与内容

1.3.1研究意义

1.3.2研究内容

第二章射流泵内部流动理论

2.1射流泵基本特性参数

2.2湍流射流基本理论

2.3射流泵基本方程

2.4射流泵汽蚀特性

2.5射流泵内能量损失分析

第三章射流泵内部流场三维湍流数值计算

3.1湍流数值计算方法

3.2湍流模型与控制方程组

3.2.1湍流模型

3.2.2控制方程组

3.3控制方程组离散

3.4离散方程组求解

3.5射流泵模型建立

3.6网格生成

3.6.1网格生成技术概述

3.6.2贴体坐标法生成网格

3.6.3射流泵网格生成

3.7边界条件划分

3.8商用CFD软件FLUENT简介

第四章数值模拟结果及分析

4.1喉管模拟结果优化分析

4.2喉嘴距模拟结果优化分析

第五章射流泵内部流场的试验研究

5.1试验装置

5.2试验步骤

5.3试验误差分析

5.4试验结果

5.4.1喉管试验结果

5.4.2喉嘴距试验结果

5.5试验结果与计算结果对比分析

第六章总结与展望

6.1研究结果总结

6.2研究工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文