可调式蒸汽喷射器性能计算分析

摘要

蒸汽喷射器可利用蒸汽的余压回收低压蒸汽，是实现流体混合、换热、增压等功能的一种流体机械。以其结构简单、制造成本低等优点广泛应用于工业制冷、航空航天、海水淡化、核电站安全工程、化工生产等领域。然而，喷射器的效率并不高，且传统的喷嘴固定式喷射器不能在偏离设计工况时正常工作，只有在设计条件下工作时才会具有最大的效率。因此，提高喷射器效率及喷射器对不同工况的适应性对诸多工业领域都有着重大意义。
　　本文通过求解守恒型N-S方程，基于水蒸气真实物性，采用湿蒸汽模型对固定式和可调式蒸汽喷射器进行数值模拟。模型考虑了喷射器内部跨音速流动过程中水蒸气非平衡相变对喷射器性能的影响，并通过与实验数据比对，证实了模拟结果的可靠性。
　　相同工况下，当可调式蒸汽喷射器在喉口当量直径dt、喷嘴出口截面积等结构参数与固定式蒸汽喷射器完全相同时，调节锥对引射流体流量的影响较大，可调式喷射器的喷射系数小于固定式喷射器;两种喷射器内激波发生的位置相同;调节锥具有减弱喷射器内凝结现象的作用。
　　通过移动调节锥的位置可以改变激波的强度和出现的位置，使可调式蒸汽喷射器适应不同的工况。正向移动调节锥dt减小，喷射器内凝结现象减弱，激波发生的位置向喷射器入口方向移动且强度减弱，喷射器更适合在低工作蒸汽压力Pd、高工作蒸汽压力Pm及高引射蒸汽压力Ps的工况下工作，以得到更大的喷射系数;而负方向移动调节锥则增大了喷射器极限工作区域的宽度，情况反之。
　　喷射器扩散器内的壅塞现象与Pd、Pm和Ps均具有显著的相关性。Pd增大、Pm或Ps减小均可导致扩散器内的压缩激波向上游移动并进入混合室，凝结现象及激波强度减弱，壅塞被破坏，喷射器由极限工作状态进入亚极限工作状态。
　　在其他条件相同的情况下，调节锥锥顶角的大小几乎不影响喷射器的性能，而调节锥在喷嘴喉口处的直径da对喷射器性能影响较大:da越大，喷射系数越小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外相关研究进展

1．2．1 喷射器的理论研究

1．2．2 喷射器的实验研究

1．2．3 喷射器的数值模拟研究

1．2．4 存在的问题

1．3 本文主要研究内容与方法

2 蒸汽喷射器的数值模拟方法

2．1 蒸汽喷射器的物理过程描述

2．2 蒸汽喷射器的物理模型

2．3 蒸汽喷射器的数学模型

2．3．1 控制方程

2．3．2 湿蒸汽流动方程与相变模型

2．3．3 边界条件

2．4 湍流模型的选择与验证

2．4．1 几种常见的湍流模型

2．4．2 模拟方法的实验验证

2．5 区域离散与数值求解方法

2．5．1 网格划分与网格无关性验证

2．5．2 数值求解方法

2．6 本章小结

3 可调式与固定式蒸汽喷射器对比分析

3．1 喷嘴及调节锥几何参数的确定

3．2 可调式与固定式蒸汽喷射器的性能对比

3．2．1 出口蒸汽压力的影响

3．2．2 工作蒸汽压力的影响

3．2．3 引射蒸汽压力的影响

3．3 可调式与固定式蒸汽喷射器的流场对比

3．4 本章小结

4 可调式蒸汽喷射器的调节性能分析

4．1 可调式蒸汽喷射器的压力调节性

4．1．1 可调式蒸汽喷射器对出口蒸汽压力的调节性

4．1．2 可调式蒸汽喷射器对工作蒸汽压力的调节性

4．1．3 可调式蒸汽喷射器对引射蒸汽压力的调节性

4．2 调节锥位置对可调式蒸汽喷射器流场的影响

4．2．1 压力的分布

4．2．2 马赫数的分布

4．2．3 温度的分布

4．2．4 液体质量分数的分布

4．3 压力对可调式蒸汽喷射器流场的影响

4．3．1 出口蒸汽压力的影响

4．3．2 工作蒸汽压力的影响

4．3．3 引射蒸汽压力的影响

4．4 调节锥锥顶角的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢