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【6h】

喷射器性能、结构及特殊流动现象研究

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目录

文摘

英文文摘

1 前言

1.1 喷射器的工作原理与应用

1.2 喷射器研究与应用的发展及现状

1.2.1喷射器理论研究的状况

1.2.2喷射器结构对喷射器性能影响的研究状况

1.2.3喷射器在喷射式热泵/制冷系统中应用的研究状况

1.2.4我国喷射器研究与应用的现状

1.3研究状况分析

1.4 本文的研究内容

参考文献

2 喷射器流场的数值模拟过程

2.1 控制方程的建立

2.1.1流体的守恒型控制方程

2.1.2控制方程的通用形式

2.1.3蒸汽的物性公式

2.1.4蒸汽采用不同物性公式时模拟结果的比较

2.2 湍流模型的建立

2.2.1湍流流动的Reynolds时均方程

2.2.2湍流模型的选择

2.3 区域离散与离散方程的建立

2.3.1区域的离散

2.3.2网格数的确定

2.3.3离散方程的建立

2.4 离散方程的求解

2.5 模拟结果与实验结果的比较

2.5.1蒸汽喷射器参数测试系统实验装置简介

2.5.2模拟结果与实验结果的比较分析

2.6 小结

参考文献

3 以蒸汽为工质的喷射器流场及性能的分析

3.1 工作参数对喷射器性能影响的分析

3.1.1出口压力的影响

3.1.2工作流体压力的影响

3.1.3引射流体压力的影响

3.2 喷嘴出口马赫数大小对喷射器性能的影响

3.3 蒸汽喷射器内特殊流动现象的分析

3.3.1激波现象的分析

3.3.2相变现象的分析

3.4 小结

参考文献

4 蒸汽喷射器结构对其性能影响的分析

4.1 喷嘴结构的选择

4.1.1喷嘴面积比对喷射器性能的影响

4.1.2喷嘴轴向尺寸对喷射器性能的影响

4.1.3喷嘴内部壁面曲线形状对喷射器性能的影响

4.2 混合室结构对喷射器性能的影响

4.2.1混合室收缩段长度的确定

4.2.2混合室等面积段长度的确定

4.2.3混合室等面积段直径的确定

4.3 扩压器结构对喷射器性能的影响

4.4 喷嘴位置对喷射器性能的影响

4.4.1混合室收缩段为最佳值时喷嘴位置变化对喷射器性能的影响

4.4.2混合室由收缩段和等面积段构成时喷嘴位置变化对喷射器性能的影响

4.5 喷嘴喉口截面可调节的喷射器研究

4.6 小结

参考文献

5 总结与展望

论文期间已发表的论文

致谢

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摘要

作为一种流体机械,喷射器在许多工业领域中都有应用.但由于喷射器内部的流动过程复杂,在很长一段时期内,喷射器理论多半是作为研究和详细分析一定用途喷射器的计算方法而得到发展的,设计分析一般都是建立在一维分析基础上的半经验公式.而针对喷射器内复杂流场的实验观察、分析模拟,以及喷射器结构对喷射器性能影响等具体细节的研究方面,由于受实验水平、计算能力、流体力学理论发展水平的限制,是不充分的.尤其是对以蒸汽为工质的喷射器,由于蒸汽物性的远离理想气体状态,使简单的采用理想气体的状态方程所得出的结果与实际偏离很大.因而,尽管蒸汽喷射器的应用范围很广,对其内部流动机理的研究还不够深入,在提高蒸汽喷射器性能方面受到很大的限制.本文借助PHOENICS软件平台,通过对蒸汽喷射器内流动进行数值模拟,详细观察其内部的流场,深入分析各因素对蒸汽喷射器性能的影响,对掌握喷射器工作机理、优化喷射器结构,提高喷射器效率具有重要的意义.主要研究工作如下:1、建立物理上合理、计算上可行的蒸汽喷射器模拟的数学模型.本文借助商用软件平台优势,采用多种湍流模型及索科洛夫一维分析方法,对实验用的蒸汽喷射器进行模拟计算,并将各种模型所得到的结果与实验结果进行比较,按照与实验值相符、收敛速度快、流场分布合理的原则,得出Chen-Kim修正的k-ε两方程湍流模型可用来模拟喷射器内的复杂流动过程.2、引入蒸汽的真实物性,对数学模型进一步完善.本研究考虑到蒸汽离液态很近,在蒸汽喷射器中又存在超音速流、两股汽流混合等复杂的流动过程,使蒸汽喷射器内蒸汽存在蒸汽的过热状态、饱和状态、及部分凝结等不同的集态,以往的研究都是关于理想气体喷射器的计算分析,不能合理给出蒸汽喷射器内的蒸汽物性.3、详细分析、总结了工作参数对蒸汽喷射器性能的影响.在所采用的模型及计算方法已经证明适用于蒸汽喷射器的模拟计算的前提下,针对不同结构、不同工况下蒸汽喷射器流场进行大量的模拟计算,得出工作流体压力、引射流体压力、喷射器出口压力、喷嘴出口马赫数大小对蒸汽喷射器性能的影响规律.4、详细分析喷射器各部分结构对喷射器性能的影响规律.研究充分利用数值模拟的灵活性、可重复性、低成本等优势,不断调整喷射器的各部分的结构形状、尺寸,模拟计算不同结构下喷射器的最大喷射系数及临界压缩比的变化,并对模拟结果进行分析整理,得出了喷射器各部分结构对喷射器性能的影响规律.研究发现,混合室结构对喷射器性能影响很大,并可根据需要在两种不同结构方式间选择.5、捕捉蒸汽喷射器内特殊的流动现象,并对其进行理论分析.6、超音速流中相变现象的定量分析.

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