喷嘴对喷射器性能影响的数值分析

发布时间：2017-07-08 07:12

  本文关键词：喷嘴对喷射器性能影响的数值分析

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【摘要】：我国是一个能源消耗大国,节能和环保是当今社会首要研究的问题。喷射器作为一个简单且具有较高工作效率的工业设备,在冶金、石油化工、轻工纺织、建筑、制冷、工业热工等领域得到了广泛的应用。提高流体的压力而不直接消耗机械能是喷射器的基本特点,其结构比采用机械增压设备简单而可靠,节能效果也更为显著。在喷射器中,超音速喷嘴是将工作流体的压力能转化为速度能的核心部件,因此,喷嘴的优化设计是提高喷射器性能的重要措施。本文在索科洛夫喷射器设计理论的基础上,通过合理的假设并根据喷射器的结构设计公式,建立了以制冷剂R134a为工质的喷射器的物理模型。在所设计的工况下运用Fluent数值模拟的方法对喷射器内部进行了二维流场的数值模拟计算,分析了湍流模型、离散格式等因素对数值计算结果的影响,以期获得网格收敛的解,同时得到了喷射器内压力场、速度场和温度场的分布规律。为了考察喷嘴对喷射器性能的影响,本文对不同热力参数(工作流体的压力)和结构参数(喷嘴出口与喉部的面积比和喷嘴轴向尺寸)的喷嘴进行了研究,模拟结果表明：喷嘴中工作流体压力低于3.2MPa时,喷射系数随着工作流体压力的升高而增大,当压力高于3.2MPa时,喷射系数随工作流体压力的升高而减小,喷嘴中工作流体压力适宜的取值范围为3.2MPa～3.6MPa;当喷嘴面积比为2.51时喷射系数达到最大,喷嘴面积比为1.61,1.73,2.29时喷射器无法正常工作,所以喷嘴面积比保持在2.14～2.51范围内,喷射器工作性能最佳；喷嘴收缩段与喷嘴出口直径比值在1.05～2.11之间,扩散段长度与出口直径比值在0.84～1.89之间变化时,喷射系数的变化幅度不大,所以喷嘴轴向尺寸在一定范围内对喷射器的性能影响很小。
【关键词】：喷射器 喷嘴 数值模拟 喷射系数 性能
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景和意义11-12
• 1.2 喷射器及其喷嘴的研究进展12-17
• 1.2.1 理论研究进展12-14
• 1.2.2 实验研究进展14-15
• 1.2.3 数值模拟研究进展15-17
• 1.3 喷射器在喷射式制冷系统中的应用17-18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 第2章 喷射器及其喷嘴的基本理论19-37
• 2.1 喷射器基本理论19-22
• 2.1.1 喷射器的分类19
• 2.1.2 蒸汽喷射器的工作原理19-21
• 2.1.3 蒸汽喷射器的性能指标21-22
• 2.2 拉瓦尔喷嘴及其流动状态22-28
• 2.2.1 拉瓦尔喷嘴的基本概念和等熵公式22-23
• 2.2.2 拉瓦尔喷嘴的流动状态23-28
• 2.3 喷射器及其喷嘴的结构设计28-33
• 2.3.1 喷射器的设计方法28-29
• 2.3.2 喷嘴的结构设计29-31
• 2.3.3 混合室的结构设计31-32
• 2.3.4 扩散室的结构设计32-33
• 2.4 制冷剂R134a的物性参数33-34
• 2.5 喷射器的工作参数设定34
• 2.6 喷射器及喷嘴的具体结构尺寸34-35
• 2.7 本章小结35-37
• 第3章 蒸汽喷射器数值模拟原理37-49
• 3.1 CFD概述37-38
• 3.2 喷射器流场的数值模拟过程38
• 3.3 建立控制方程38-39
• 3.4 湍流模型39-44
• 3.4.1 湍流研究进展39-41
• 3.4.2 湍流模型41-44
• 3.5 近壁处湍流处理44-46
• 3.6 控制方程的离散46-48
• 3.6.1 数值方法46
• 3.6.2 离散格式46-48
• 3.7 控制方程的求解48
• 3.8 本章小结48-49
• 第4章 喷射器的模拟计算49-55
• 4.1 喷射器中流场模型的建立49-50
• 4.1.1 Gambit建立模型49
• 4.1.2 喷射器模型的求解49-50
• 4.2 喷射器模拟计算的结果分析50-53
• 4.3 本章小结53-55
• 第5章 喷嘴参数的改变对喷射器性能影响研究55-65
• 5.1 喷嘴的热力参数对喷射器性能的影响55-57
• 5.1.1 喷嘴中工作流体的压力的影响55-57
• 5.2 喷嘴的结构参数对喷射器性能的影响57-63
• 5.2.1 喷嘴面积比的影响57-61
• 5.2.2 喷嘴轴向尺寸的影响61-63
• 5.3 本章小结63-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71

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本文编号：533490