液环泵喷射器参数化设计及数值模拟分析

发布时间：2020-03-04 14:19

【摘要】：喷射器是提高流体压力而不直接消耗机械能的设备。因其结构简单可靠、运转费用低廉而在动力、石化、冶金、轻工、供热、制冷等领域都得到了广泛的应用。液环泵喷射器作为液环泵的上级设备,它以大气作为工作流体,起着提高被抽气体压力和增大抽气量的双重作用。所以要提高喷射器的性能,不仅要提高其喷射系数( G H / GP),还要提高其最大压缩比( PC * /PH)。液环泵喷射器内部流动复杂,存在着激波、自由边界、剪切层的相互作用。目前对喷射器的设计还没有完全成熟可行的计算公式,主要是依靠设计者的经验和通过反复试验进行,这就限制了喷射器设计设计的合理性和周期性。因此,本文从提高喷射器的建模效率和提高其性能方面做了以下工作: 1.液环泵喷射器的结构涉及到较多的尺寸参数,对其性能进行优化要不断的调整这些尺寸参数,对模型进行直接修改难免效率不高。对喷射器进行参数化设计,可以避免重复性劳动、缩短设计周期。因此,本文采用了Pro/ENGINEER二次开发技术对喷射器进行了参数化设计,研究了Pro/TOOLKIT的菜单设计技术、UI对话框和MFC对话框设计技术。以VC++6.0为编译和连接工具开发了参数化设计交互界面和模型修改交互界面,大大提高了喷射器的建模效率。 2.利用ICEM CFD对喷射器进行了多块网格划分,弥补了传统三维模拟采用非结构网格的不足。建立了液环泵喷射器的计算流体动力学模型,利用大型CFD软件ANSYS CFX对其内部超音速混合流场进行了数值模拟。并将模拟结果与试验结果进行了对比,按照与试验值相符度、收敛速度、收敛精度、流场分布合理的原则,得出RNG k-ε模型优于标准k-ε模型。 3.采用不同边界条件对喷射器进行数值模拟,以此来分析内部特殊流动规律,并进行理论分析。得出在喷嘴出口会形成斜激波或膨胀波,并在混合层的作用下相互转换,以钻石网格的模式向流动方向衰减。并在扩压室再次形成压缩波,压力增大。最后两股流体混合均匀,速度降为亚音速,压力达到出口压力。 4.分析喷射器混合室和喷嘴结构尺寸对喷射器性能的影响。调整喷射器模型30次,利用CFX软件平台在不同边界下进行大量计算。得出喷射器结构对其性能的影响规律,为喷射器的优化提供理论依据。
【图文】：

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图 1- 1 喷射器结构图[7]高压的工作流体通过喷嘴绝热膨胀（收缩喷管或拉伐尔喷管，压力和引射流体压力的大小，如果引射流体的压力小于该喷嘴结压力，则用拉伐尔喷管)，将位能转化为动能，压力由 Pp降至 Wp1（可达超音速)；由于喷嘴出口附近的压力 Pp1，稍低于引射入接受室；工作流体与引射流体在混合室内剧烈混合，实现动量合流体的压力逐渐上升至 P3，速度逐渐下降至 W3，混合流体在转化为位能，压力升至 PC，速度降至 WC。表 1- 1 喷射器的分类相互作用介质的状态相互作用介质特性喷射器名弹性介质气体喷射工作介质与引射介质的集态相同非弹性介质喷射泵工作介质是弹性的而引射介质是非弹性的气力输送喷

面积图,定压,混合方式,定常

发展及研究状况究状况年代，在 G.佐伊纳（Zeuner)和 M.兰金（Rankin)的著作939 年，德国的 Flugel 制造出了第一台公认的喷射器[8]。展的还不够完善，建立通用的喷射器设计理论和计算方]和 Elorod[11]等人先后提出了定压混合理论(dp=0)和定论做了一下几点假设：1）理想气体；2）工作流体和引量；3）混合后的流体在任意界面上具有均匀的物性分布过程，不计摩擦，，不计阻力。推导出了具有最大压缩比几何参数的设计公式。但是该理论不能给出混合室收缩口的最佳距离。后来，Work 和 Haedrich[12]等人研究了，Defrate 和 Hoel[13]研究了比热容对喷射器性能的影响
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH38

【参考文献】