喷射器内部流场马赫波特性分析及结构优化
发布时间：2020-10-20 06:23
随着人们对环境和能源问题的日益关注,喷射器由于其可以使用低品位热源进行驱动的优点,在各个领域得到了越来越广泛的应用。在喷射器的内部流场中,马赫波产生在喷嘴出口和扩压室。在不同膨胀比下,喷管出口的马赫波呈现为膨胀波、斜激波和正激波。通过气体动力学理论研究了以水蒸气、氨、R22、R290、R134a和R600a为工质的喷射器喷嘴出口马赫波的特性。结果表明,在喷嘴出口存在斜激波或膨胀波时,在低膨胀比下,绝热指数越高,马赫波强度越高;绝热指数的不同对工作流体经过马赫波的气流转折角有明显影响。同时,膨胀波强度和激波强度也随着喷嘴锥角的增大而减小。因此,为了获得更高的效率,喷嘴结构设计应该有一个最优的参数范围。建立喷射器内部流场激波的数学模型,计算了喷嘴出口激波和膨胀波的波长。喷嘴距是影响喷射器性能的一个重要参数,研究其对喷射器性能的影响,对优化喷射器性能有着重要的意义。本文利用Comsol进行数值模拟,获得固定工况参数下,不同喷嘴距对引射系数的影响的规律和喷嘴出口处激波束的变化规律。模拟研究发现,随着NXP的逐渐增加,喷射器在第一个激波段内的喷射系数首先达到一个极大值,然后减小,并在后面重复出现呈现一定的波动性。由于喷射器工况的不稳定,NXP并不存在一个最佳值,但喷射器NXP应存在一个最佳区间。同时对最佳混合室直径进行数学建模和仿真模拟,得出了混合室结构对激波和喷射器引射性能的影响。认为最佳喷嘴距的确定与混合室的直径和激波长度均有关系。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB657
【部分图文】：
２．?１喷嘴出口马赫波成因及数学模型??目前，拉瓦尔喷管作为喷嘴被广泛使用于喷射器中，采用拉瓦尔喷管可以使工作流??体在进入引射室之前得到充分的加速和膨胀。如图２－１所示，喷射器通常包括一个动力??喷嘴、引射室、混合室和扩压室４个部分。高温高压的工作流体经过拉瓦尔喷管被加速??到超音速进入到引射室卷，吸引射室内的引射流体，直到两股流体在混合室内混合完毕??后，混合流体经过扩压室增压，速度降低、压力增高从扩压室出口排出。??２．?１．１喷嘴附近马赫波成因??为了简化分析，在不失去一般性的前提下，做了如下假设：??（１）
?２．２?２Ａ?Ｚ６??ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?ｒａｔｉｏ?Ｅ??图２－３膨胀比对激波前后压比值的影响??Ｆｉｇ．２－３?Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?ｒａｔｉｏ?ｏｎ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｒａｔｉｏ?ｂｅｆｏｒｅ?
当喷射器的结构一定（喷嘴截面比ＡＶＡＣＫ３）时，膨胀比的大小决定喷嘴出口马赫??波的类型、位置、强度等激波特性。随着膨胀比从１开始不断增大，首先喷嘴喉部附近??出现正激波，并随着膨胀比的增大，激波截面比也随之增大最终达到喷嘴处口位置，此??时ｌ／Ｅ＝（Ｐｂ／Ｐ＞。由图２－２可以看出对于不同工质，膨胀比对管内正激波位置影响不大，??进体现为绝热指数大的随着膨胀比的增大，其后移速度随绝热指数ｋ的增大而减小，对??于单一工质，激波位置移动速度随膨胀比增大放缓。当膨胀比一定时，工质氨、蒸汽、??Ｒ２２、Ｒ２９０、Ｒ１３４ａ和Ｒ６００ａ正激波截面比依次增大，激波前后压力比依次减小。表明??工质的绝热指数越大受到激波的干扰越大，相同工况下，绝热指数越大的工质，正激波??截面比越小，强度越大。??喷嘴锥角对气流转折角有一定的影响，从膨胀波角和激波角来看，喷嘴锥角的增大??会导致膨胀波角的增大，但对于低绝热系数的制冷工质影响很小，马赫角的变化并不明??显。??ｓｔｅａｍ??
【参考文献】
本文编号：2848343
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB657
【部分图文】：
２．?１喷嘴出口马赫波成因及数学模型??目前，拉瓦尔喷管作为喷嘴被广泛使用于喷射器中，采用拉瓦尔喷管可以使工作流??体在进入引射室之前得到充分的加速和膨胀。如图２－１所示，喷射器通常包括一个动力??喷嘴、引射室、混合室和扩压室４个部分。高温高压的工作流体经过拉瓦尔喷管被加速??到超音速进入到引射室卷，吸引射室内的引射流体，直到两股流体在混合室内混合完毕??后，混合流体经过扩压室增压，速度降低、压力增高从扩压室出口排出。??２．?１．１喷嘴附近马赫波成因??为了简化分析，在不失去一般性的前提下，做了如下假设：??（１）
?２．２?２Ａ?Ｚ６??ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?ｒａｔｉｏ?Ｅ??图２－３膨胀比对激波前后压比值的影响??Ｆｉｇ．２－３?Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?ｒａｔｉｏ?ｏｎ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｒａｔｉｏ?ｂｅｆｏｒｅ?
当喷射器的结构一定（喷嘴截面比ＡＶＡＣＫ３）时，膨胀比的大小决定喷嘴出口马赫??波的类型、位置、强度等激波特性。随着膨胀比从１开始不断增大，首先喷嘴喉部附近??出现正激波，并随着膨胀比的增大，激波截面比也随之增大最终达到喷嘴处口位置，此??时ｌ／Ｅ＝（Ｐｂ／Ｐ＞。由图２－２可以看出对于不同工质，膨胀比对管内正激波位置影响不大，??进体现为绝热指数大的随着膨胀比的增大，其后移速度随绝热指数ｋ的增大而减小，对??于单一工质，激波位置移动速度随膨胀比增大放缓。当膨胀比一定时，工质氨、蒸汽、??Ｒ２２、Ｒ２９０、Ｒ１３４ａ和Ｒ６００ａ正激波截面比依次增大，激波前后压力比依次减小。表明??工质的绝热指数越大受到激波的干扰越大，相同工况下，绝热指数越大的工质，正激波??截面比越小，强度越大。??喷嘴锥角对气流转折角有一定的影响，从膨胀波角和激波角来看，喷嘴锥角的增大??会导致膨胀波角的增大，但对于低绝热系数的制冷工质影响很小，马赫角的变化并不明??显。??ｓｔｅａｍ??
【参考文献】
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本文编号：2848343
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