三喷嘴蒸汽喷射泵的数值模拟研究与分析

发布时间：2017-09-30 11:12

  本文关键词：三喷嘴蒸汽喷射泵的数值模拟研究与分析

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【摘要】：蒸汽喷射泵是一种将低压蒸汽转化为高压蒸汽，也能实现抽真空目的的装置。传统单喷嘴蒸汽喷射泵的操作工况在偏离设计值时，喷射性能会严重恶化。而多喷嘴蒸汽喷射泵由于对工作蒸汽的分流作用，变工况操作时，在一定程度上能保持稳定运行。因此在实际生产应用中，可发挥其优势。鉴于传统的理论和实验方法无法对其内部流场做出准确的描述和测定，本文利用数值模拟的方法，借助STAR-CCM+软件平台，主要以三喷嘴蒸汽喷射泵为研究对象，通过对其内部流场的模拟，考察不同操作参数和几何参数对泵内流场结构的影响，从流场结构变化的角度来研究操作参数、几何参数与喷射系数的关系，进而为提高多喷嘴蒸汽喷射泵的抽气性能、工作稳定性以及为其结构的优化设计提供理论基础。 本文主要的研究工作：（1）考察分析工作蒸汽压力、引射蒸汽压力及扩压管背压（混合蒸汽压力）对泵流场结构及性能的影响；（2）考察分析喷嘴位置、各喷嘴轴线交点位置、混合室收缩角度、扩压管长度对泵流场结构及性能的影响；（3）与相同设计工况的单喷嘴蒸汽喷射泵，在相同操作参数下的模拟结果进行对比分析，得出三喷嘴蒸汽喷射泵最佳的操作参数范围；（4）将三喷嘴与四喷嘴蒸汽喷射泵进行性能对比。 模拟结果表明，与相同设计工况的单喷嘴蒸汽喷射泵相比，三喷嘴蒸汽喷射泵在工作蒸汽压力存在波动时，都能保持较高的喷射系数，，更稳定地工作；但当引射蒸汽压力在一定范围变化时，其喷射系数要略低于单喷嘴的；其对应的扩压管临界背压值比单喷嘴的小，即三喷嘴蒸汽喷射泵对引射蒸汽升压的最大限度要低于单喷嘴的。同时，得到了该三喷嘴蒸汽喷射泵最佳的几何结构，其中喷嘴出口以接近混合室入口为最佳位置，各喷嘴轴线交点位置位于混合室收缩段下游为最佳，以及混合室收缩角度不宜过大、扩压管长度存在最佳范围，使其喷射系数达到最大值，从而起到最佳的节能效果。 总之，本文通过对三喷嘴蒸汽喷射泵内部流场结构的研究，可以深入理解操作参数和几何参数对其性能的影响机理，为多喷嘴蒸汽喷射泵的稳定工作、性能改进及结构优化提供理论依据。
【关键词】：蒸汽喷射泵 计算流体力学（CFD） 喷射系数 三喷嘴
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 符号说明9-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究对象的背景与意义10-11
• 1.2 蒸汽喷射泵的工作原理11-13
• 1.3 喷射泵的研究进展及现状13-16
• 1.3.1 喷射泵的理论和实验研究13-15
• 1.3.2 喷射泵的数值模拟研究状况15
• 1.3.3 总结15-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 蒸汽喷射泵流场结构分析18-24
• 2.1 拉瓦尔喷嘴的介绍18-19
• 2.2 蒸汽喷射泵内部激波链产生的原因19-20
• 2.3 壅塞现象20-24
• 2.3.1 喷嘴（管）的壅塞现象20-21
• 2.3.2 蒸汽喷射泵临界背压值 PC*的分析21-24
• 第三章 CFD 简介与模型的建立24-34
• 3.1 CFD 介绍24-25
• 3.2 STAR-CCM+软件的介绍及模拟过程步骤详解25-27
• 3.2.1 网格处理25-27
• 3.2.2 求解计算方法27
• 3.3 计算模型的建立27-31
• 3.3.1 几何模型27-29
• 3.3.2 蒸汽喷射泵模型假设29
• 3.3.3 流体属性29
• 3.3.4 控制方程29-30
• 3.3.5 湍流模型30
• 3.3.6 边界条件30-31
• 3.3.7 求解器的选择31
• 3.3.8 喷射泵性能评价标准31
• 3.3.9 模拟收敛判定标准31
• 3.4 模拟方法的实验验证31-34
• 第四章 计算结果与分析34-54
• 4.1 操作参数的影响34-41
• 4.1.1 喷嘴出口背压对工作蒸汽流量的影响34-35
• 4.1.2 工作蒸汽压力 PP的影响35-36
• 4.1.3 引射蒸汽压力 PH的影响36-38
• 4.1.4 扩压管背压 PC的影响38-41
• 4.2 几何参数的影响41-51
• 4.2.1 喷嘴距 L_C的影响41-43
• 4.2.2 各喷嘴轴线交点位置 X 的影响43-45
• 4.2.3 整流管L的影响45-47
• 4.2.4 混合室收缩倾角α的影响47-48
• 4.2.5 扩压管长度 L_K的影响48-50
• 4.2.6 三喷嘴蒸汽喷射泵与其他结构的对比50-51
• 4.3 本章小结51-54
• 第五章 操作参数对三喷嘴、单喷嘴影响的对比分析54-60
• 5.1 工作蒸汽压力 P_P的影响54-55
• 5.2 引射蒸汽 P_H的影响55-57
• 5.3 扩压管背压 P_C的影响57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 结论60-61
• 建议61-62
• 参考文献62-65
• 附录 A65-66
• 攻读学位期间所取得的科研成果66-68
• 致谢68

【参考文献】

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本文编号：947865