基于CFD模擬的液氣射流泵卷吸特性研究與設計優(yōu)化.pdf

1、射流泵是一種用來傳遞能量、質(zhì)量的流體機械和混合反應設備。它工作可靠，安裝維護方便，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力，不需要添加其他輔助設備，所以射流泵的綜合應用價值很高。但射流泵的結(jié)構(gòu)比較特殊，兩股流體混合時能量損失較大，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，通過對液氣射流泵內(nèi)部流動的模擬，考察不同

2、幾何參數(shù)以及噴嘴的結(jié)構(gòu)對射流泵內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，從流場結(jié)構(gòu)變化的角度來研究幾何參數(shù)、噴嘴結(jié)構(gòu)與射流泵抽氣性能的關系，提高泵的抽吸氣體性能。
　　本文的主要研究內(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)部流場結(jié)構(gòu)的數(shù)值解。
　　(2)改變喉嘴距、面積比這兩個重要參數(shù)，分別對射流泵進行數(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

3、4.0～7.0之間能使得泵的抽吸氣體的能力達到最佳。
　　(3)采用數(shù)值模擬的方法，研究單噴嘴射流泵內(nèi)部的流場結(jié)構(gòu)，以及液氣兩相的運動混合規(guī)律。在此基礎上改變噴嘴的結(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、湍流動能分布，進而產(chǎn)生射流泵的不同卷吸特性。孔口噴嘴具有更佳的混合效果和卷吸特性。
　　(4)獲取多噴嘴射流泵的模擬數(shù)據(jù)，比較單噴嘴與多

4、噴嘴之間的性能以及內(nèi)部流動差異。結(jié)果表明，射流泵內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)與噴嘴的結(jié)構(gòu)和數(shù)目密切相關。四個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小噴嘴噴出之后，會立即被散開，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)過很長的距離，射流的高速核區(qū)才會消失，到達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

5、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參數(shù)，存在一個最優(yōu)值使得抽吸氣體效率到達最佳。噴嘴的數(shù)目及分布方式改變射流泵內(nèi)部的液氣兩相流動規(guī)律及摻混效果，造成抽吸氣