非共沸混合工质喷射器内部流动特性
发布时间：2021-03-18 19:05
为了探究混合工质喷射器内部流体的流动特性及传热传质机理,运用气体动力学函数法建立了混合工质喷射器动力学模型。基于所设计的非共沸混合工质（R32/R245fa）喷射器结构尺寸,建立二维稳态轴对称模型,开展了混合工质喷射器特性的数值模拟研究。分析了混合工质喷射器内部流体的速度场、压力场、温度场及浓度场变化规律。研究结果表明:混合工质喷射器内速度场、压力场、温度场及浓度场具有较好的动力学特性,其喷射因数比纯工质（R245fa）喷射器提高了78.95%,为混合工质喷射器优化设计提供了理论依据。
【文章来源】：河南科技大学学报(自然科学版). 2020,41(04)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
喷射器结构图
图3 混合工质喷射器内部速度云图图5为混合工质(R32/R245fa)喷射器内部压力云图。由图5可以看出:压力从喷嘴入口到喷嘴出口变化巨大,并且在喷嘴出口下游出现一条明显的钻石激波链。图6为混合工质喷射器的静压沿喷射器轴向分布图。由图6可以看出:高压状态的工作流体经过喷嘴后压力骤降,工作流体经过喷嘴后压力由1 153 kPa降低至117 kPa,在喷嘴出口处压力继续降低形成真空域。计算结果显示喷射器中工作流体喷嘴出口下游与引射流体入口的最高压差为78 kPa,在这个压差作用下引射流体被抽吸进入吸入室。超音速的工作流体因在喷嘴渐扩段出口流道突然扩大,在喷嘴出口出现斜激波,斜激波到混合边界层被反射为膨胀波,膨胀波到混合边界层被反射为压缩波,经过多次反射而产生了钻石激波链,激波的能量不断耗散,直至激波消失殆尽。从图6还可以明显看出:喷嘴出口压力出现了一段连续波动。工作流体与引射流体在混合室等截面段以等压的形式进行混合,并继续向前流动,充分混合的流体进入扩压室时,因压力先小幅下降再突然升高而出现正激波,该现象有助于喷射器内部流体克服出口背压,混合后流体进入扩压室压力进一步提升,直至达到喷射器出口背压。
根据喷射器几何结构尺寸,利用ICEM软件建立二维喷射器模型并进行结构性网格的划分,而网格的质量直接影响数值模拟计算的精确度和所需时间,因此在实际模拟计算前,需对网格无关性进行检验以确保模拟结果具有准确性。将喷嘴出口中心及扩压室入口中心作为观测点,设置不同的网格数量,观察这两个位置压力和速度的变化,结果如图2所示。图2a中网格数在4×104以内时,两个观测点的参数均变化较大,喷嘴出口压力随网格数的增加而降低,喷嘴出口速度随网格数的增加而增加。图2b中扩压室入口压力随网格数的增加而增加,扩压室入口速度随网格数的增加而降低。当网格数达到4×104以后,喷嘴出口及扩压室入口的压力与速度基本维持不变。因此,在数值模拟研究中,网格数设置在4×104左右,网格质量保持在0.9以上。同时,为了更准确地捕捉内部流体的激波现象,对流动剧烈的地方进行适当的网格加密处理,喷射器壁面也进行了逐层加密。本文利用Fluent 19.0软件进行求解计算,选用基于压力的二维轴对称求解器,计算过程中要遵守质量、动量、能量及组分守恒控制方程。湍流模型采用标准k-epsilion模型,近壁处选用标准壁面函数法。对喷射器入口采用压力入口边界条件,出口采用压力出口边界条件,壁面采用绝热无滑移壁面边界条件。混合工质喷射器边界条件见表2。Fluent 19.0软件采用有限体积法对控制方程进行离散,求解方法中压力-速度耦合方法选用Simple算法,梯度项选用基于最小二乘单元,压力项选用二阶格式,其余项均采用二阶迎风格式。混合工质物性通过调用NIST multispecies real gas model获得,该材料模型只能限制在单相状态下使用,为了保证喷射器内部流体全为气态,进出口温度均设5 K的过热度[19]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thermodynamic Analysis of a Mixed Refrigerant Ejector Refrigeration Cycle Operating with Two Vapor-liquid Separators[J]. TAN Yingying,CHEN Youming,WANG Lin. Journal of Thermal Science. 2018(03)
[2]低品位热驱动的混合工质喷射制冷循环研究[J]. 谈莹莹,王林. 太阳能学报. 2016(02)
[3]蒸汽喷射器流场模拟及性能优化分析[J]. 徐鑫,丁学俊,许弘雷,万志芳. 流体机械. 2015(05)
[4]一种新型双温热源喷射制冷系统[J]. 王林,谈莹莹,崔晓龙. 河南科技大学学报(自然科学版). 2012(06)
[5]双元工质喷射制冷循环[J]. 张于峰,冯永,李灿华. 天津大学学报. 1999(05)
博士论文
[1]双元工质在喷射制冷系统中循环机理的研究[D]. 张于峰.天津大学 2003
硕士论文
[1]低温余热二元非共沸混合工质喷射式发电制冷系统优化研究[D]. 解西敏.重庆大学 2016
本文编号：3088783
【文章来源】：河南科技大学学报(自然科学版). 2020,41(04)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
喷射器结构图
图3 混合工质喷射器内部速度云图图5为混合工质(R32/R245fa)喷射器内部压力云图。由图5可以看出:压力从喷嘴入口到喷嘴出口变化巨大,并且在喷嘴出口下游出现一条明显的钻石激波链。图6为混合工质喷射器的静压沿喷射器轴向分布图。由图6可以看出:高压状态的工作流体经过喷嘴后压力骤降,工作流体经过喷嘴后压力由1 153 kPa降低至117 kPa,在喷嘴出口处压力继续降低形成真空域。计算结果显示喷射器中工作流体喷嘴出口下游与引射流体入口的最高压差为78 kPa,在这个压差作用下引射流体被抽吸进入吸入室。超音速的工作流体因在喷嘴渐扩段出口流道突然扩大,在喷嘴出口出现斜激波,斜激波到混合边界层被反射为膨胀波,膨胀波到混合边界层被反射为压缩波,经过多次反射而产生了钻石激波链,激波的能量不断耗散,直至激波消失殆尽。从图6还可以明显看出:喷嘴出口压力出现了一段连续波动。工作流体与引射流体在混合室等截面段以等压的形式进行混合,并继续向前流动,充分混合的流体进入扩压室时,因压力先小幅下降再突然升高而出现正激波,该现象有助于喷射器内部流体克服出口背压,混合后流体进入扩压室压力进一步提升,直至达到喷射器出口背压。
根据喷射器几何结构尺寸,利用ICEM软件建立二维喷射器模型并进行结构性网格的划分,而网格的质量直接影响数值模拟计算的精确度和所需时间,因此在实际模拟计算前,需对网格无关性进行检验以确保模拟结果具有准确性。将喷嘴出口中心及扩压室入口中心作为观测点,设置不同的网格数量,观察这两个位置压力和速度的变化,结果如图2所示。图2a中网格数在4×104以内时,两个观测点的参数均变化较大,喷嘴出口压力随网格数的增加而降低,喷嘴出口速度随网格数的增加而增加。图2b中扩压室入口压力随网格数的增加而增加,扩压室入口速度随网格数的增加而降低。当网格数达到4×104以后,喷嘴出口及扩压室入口的压力与速度基本维持不变。因此,在数值模拟研究中,网格数设置在4×104左右,网格质量保持在0.9以上。同时,为了更准确地捕捉内部流体的激波现象,对流动剧烈的地方进行适当的网格加密处理,喷射器壁面也进行了逐层加密。本文利用Fluent 19.0软件进行求解计算,选用基于压力的二维轴对称求解器,计算过程中要遵守质量、动量、能量及组分守恒控制方程。湍流模型采用标准k-epsilion模型,近壁处选用标准壁面函数法。对喷射器入口采用压力入口边界条件,出口采用压力出口边界条件,壁面采用绝热无滑移壁面边界条件。混合工质喷射器边界条件见表2。Fluent 19.0软件采用有限体积法对控制方程进行离散,求解方法中压力-速度耦合方法选用Simple算法,梯度项选用基于最小二乘单元,压力项选用二阶格式,其余项均采用二阶迎风格式。混合工质物性通过调用NIST multispecies real gas model获得,该材料模型只能限制在单相状态下使用,为了保证喷射器内部流体全为气态,进出口温度均设5 K的过热度[19]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thermodynamic Analysis of a Mixed Refrigerant Ejector Refrigeration Cycle Operating with Two Vapor-liquid Separators[J]. TAN Yingying,CHEN Youming,WANG Lin. Journal of Thermal Science. 2018(03)
[2]低品位热驱动的混合工质喷射制冷循环研究[J]. 谈莹莹,王林. 太阳能学报. 2016(02)
[3]蒸汽喷射器流场模拟及性能优化分析[J]. 徐鑫,丁学俊,许弘雷,万志芳. 流体机械. 2015(05)
[4]一种新型双温热源喷射制冷系统[J]. 王林,谈莹莹,崔晓龙. 河南科技大学学报(自然科学版). 2012(06)
[5]双元工质喷射制冷循环[J]. 张于峰,冯永,李灿华. 天津大学学报. 1999(05)
博士论文
[1]双元工质在喷射制冷系统中循环机理的研究[D]. 张于峰.天津大学 2003
硕士论文
[1]低温余热二元非共沸混合工质喷射式发电制冷系统优化研究[D]. 解西敏.重庆大学 2016
本文编号：3088783
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3088783.html
