液液引射器性能的数值模拟与实验

建立了液液引射器的三维数学模型,采用R134a制冷剂作为工质,模拟引射器主要结构参数与引射性能之间的变化关系.模拟结果表明:引射系数随喷嘴出口直径的减小而急剧增大,随混合室直径的增大而增大,随喷嘴与混合室之间距离的增大急剧下降;引射系数随着工作流体流量、喷嘴长度和扩散室长度的增大而缓慢上升;混合室长度对混合流体的压力场有较大影响,为使混合流体获得最佳的压力场,混合室最佳长度取45 mm.搭建了水平管降膜式空气源冷热水测试机组,试验结果表明:该引射器具有优良的引射性能;制冷系统负荷随着循环喷淋量的增加而增大,系统的性能系数随着循环喷淋量的增大呈现先增后减的趋势.     

跨临界CO2引射制冷循环临界背压分析

为了优化设计或控制引射系统的性能,建立了跨临界CO2引射制冷循环中引射器性能的设定背压模型,定义引射器临界背压为忽略引射器出口动能时的引射器迭代背压,分析了引射器背压和出口速度对系统性能的影响.结果表明:当引射器背压低于临界值时,引射系数保持不变,且在不同系统高压侧压力下均成立;系统性能系数(COP)随着背压升高而增大,在系统状态可控的情况下引射器背压应尽量靠近临界值.同时,不同背压下COP随高压侧压力变化的趋势相同,背压作为设计或控制参数不会影响高压侧压力的优化.引射器出口动能会因流动摩擦和冲击而转化成热量并造成系统的热力学损失,背压选取不当会造成较大的引射器出口速度,且随着背压降低,出口速度增大,随着系统高压侧压力升高,出口速度先急剧降低,再缓慢变化.     

可调式引射器内流动的数值计算

在对可调式引射器结构和流动特点进行分析的基础上,建立了其内部流动的数学模型.给出了可调式引射器工作流体和引射流体入口、引射器出口的边界条件以及初始条件,并进行了相应的数值处理.用PHOENICS软件对可调式引射器内部流动进行了数值模拟,得出了可调式引射器内部流场分布、不同截面比下从喷嘴出口到扩散室出口之间轴线上的压力分布、引射比随喷嘴截面积变化的曲线,数值计算结果与理论结果较为吻合.     

小型多喷管引射器试验研究

为了探索小型多喷管引射器综合性能的影响因素,对五喷管超音速引射器用实验的方法得到动量修正系数与引射系统尺寸的关系曲线.在不同主喷管分布圆直径、混合管长径比、主次流压比以及扩压比情况下,对多喷管引射系统动量损失系数进行了实验研究.结果表明;在所有工况下,引射性能随主次流压比和主流流量的增大而减小;随着主喷管数增加、喷管喉部直径减小、扩压管长度增加,引射器的性能在一定范围内得到提高.混合管长径比与主喷管分布方式的相互作用对引射性能的影响很大.     

引射器关键结构参数优化设计及验证

引射器的性能受几何尺寸影响,相关设计方法给出的结果差异较大,存在设计点偏离严重的问题.针对小膨胀比煤层气气井引射需要,利用基于气体动力学理论的索科洛夫经验公式对引射器进行初步设计,并通过CFD方法对其关键结构尺寸进行数值优化,得到关键结构参数如喷嘴间距、混合室直径、混合室长度及扩压室长度等对引射器性能的影响规律.对比分析理论设计和模拟优化得到的引射器几何尺寸,发现CFD方法优化后的引射器等熵效率较理论设计高出13%左右,并通过实验验证引射器在偏离设计工况时,等熵效率急剧降低,表明数值模拟设计的引射器效率最高,在工程上为偏离设计工况的引射器设计提供了参考.     

PEMFC引射器的设计及特性分析

以索科洛夫的引射器设计方法为基础,对一个高压质子交换膜燃料电池系统(PEMFC)的引射器进行结构设计以及CFD仿真分析,研究了引射器的使用特性.研究表明:随着压缩流体出口压力和引射流体压力的增加,引射器的引射系数随之增大;工作流体压力对引射器性能的影响随引射器出口所处工况的变化而变化.     

低旋流多喷嘴燃烧器性能实验

对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.     

质子交换膜燃料电池引射器的设计及特性

提出了以文丘里管引射器为循环装置的供应系统.以索科洛夫的引射器设计方法为基础,针对某高压质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统对引射器进行结构设计及特性研究,并对其进行了试验验证.结果表明:增大引射器出口压力和引射流体压力可使引射系数得到提高;工作流体压力对引射器性能的影响随引射器出口所处工况的变化而变化.     

提高射流泵引射率的实验研究

根据油井用射流泵的工作原理,设计了四种引射器,研究了不同形状的喷嘴和引射器喉管长度对引射能力的影响.实验表明,流线型喷嘴的引射效果优于其他喷嘴,喉管长度对引射能力影响较大.无因次喉管长度L/d_3=5时引射效果最好.     

蒸汽喷射式热泵性能实验研究

对蒸汽喷射式热泵的性能进行了实验研究,测量并分析了喷射器内的压力分布,引射比变化对引射压力和压缩压力的影响,喷嘴出口至混合室入口距离与引射比,引射压力,压缩压力之间的关系,在一定的工作压力和引射压力下,提高压缩压力会引起引射比降低,当压缩压力不变时,提高工作压力将使喷射式热泵引射比增大,当引射比达到极限值后,继续提高工作压力将引起压缩压力升高,若喷嘴出口至混合室入口距离取最佳值,热泵性能最好,超过最佳值,热泵性能将急剧恶化,实验与热力学第二定律综合分析表明,喷射器Yong效率随引射比的增大而提高,其值为0．50－0．55。     

120kW级燃料电池可变喉口引射器的设计及特性

引射器是质子交换膜燃料电池氢气循环系统中的关键部件，依靠超音速流动的射流工质实现阳极排气的再循环。传统的固定结构引射器通常针对电堆额定工况设计，工作在非设计工况时性能较差；而可变喉口引射器可以动态地改变其喉口大小，有效扩大其工作范围。基于Sokolov设计理论，搭建了引射器的一维模型并探究了其工作特性，在此基础上提出了一种可变喉口引射器的设计方法。研究结果表明，引射器的工作特性主要受其操作压力、喉口直径和混合室直径影响；通过缩小喉口、提高工作流体压力可以使工作喷嘴保持临界状态，这对大负载下的引射性能影响较小，但能够有效提高电堆小负载下的引射比，并使引射器的工作范围向小负载扩展。     

引射混合器数值模拟及性能预测方法研究

通过引射混合器主次流不同压比下混合管内流场的模拟计算,确定了该几何构形下发生壅塞时的主次流压比.对高压比下次流壅塞现象的研究表明,壅塞以后继续增大压比,当主流出口静压远大于混合管静压时,混合管内气流只经历一次膨胀和再压缩的过程.同时激波位置固定,不再随压比的继续增大发生变化.基于准一维控制体模型、Fabri壅塞假设模型和连续方程,提出了能有效预测引射器最高性能的饱和超音速模型,推出了此模型下引射系数与总压比和面积比之间的关系.由此得到直接反映引射器性能的特性曲线和修正曲线.最后把解析结果与数值计算的结果进行对比,验证了该模型的有效性.     

双流体共引喷射器数值优化研究

双流体共引喷射器是船用海水淡化设备的关键部件,其结构参数和工作参数将对性能产生较大影响,利用数值模拟方法优化双流体共引喷射器的结构参数和工作参数,分析结果显示:随着出口直径的增大,引射效果增强;喷嘴处的最低压力随着喷嘴距的减小而降低,将增强一、二级喷嘴处的引射效果。两级喷嘴面积比要大于一定值才能获得较好的引射效果,同时不同面积比,导致两级喷嘴处的压力差也不同。喷嘴直径和喷嘴倾斜角不变的情况下,工作入口直径越大,引射效果越差;喷嘴倾斜角需要在一定范围内才能满足设计要求,改变喷嘴倾斜角对一级喷嘴处的影响会比二级喷嘴处的影响大。     

LPG/柴油混合燃料喷雾特性的试验研究

采用高速摄影技术,对液化石油气(LPG)、柴油以及两种LPG／柴油混合燃料(LPG质量分数分别为30％及50％)的喷雾特性进行了对比实验研究,探讨了混合燃料成分、启喷压力、喷孔直径和喷射背压等参数对喷雾贯穿和喷雾形状的影响规律．研究结果表明,在相同的喷射条件下,纯LPG的喷雾贯穿距离最短,蒸发气化速度最快;四种燃料喷雾的贯穿距离均随背压的升高而减少,而其喷雾锥角则随背压的升高而增大;当背压大于LPG的临界压力时,两种混合燃料的喷雾贯穿距离和喷雾锥角均随喷射压力的上升、喷孔直径的增大而增大;背压对贯穿距离、喷雾锥角的影响均大于启喷压力．     

基于虚拟风室模型的排气引射流动三维流场的数值计算

提出了一种虚拟风室模型,以精确计算引射器在各种主流速度下的引射空气量.在数值建模中,将引射器置于一个仅具有主流和引射入口的虚拟整流风室内,通过人工调整引射入口空气流量直至引射器附近监测面积的平均总压与环境大气压相等,以预测该环境下引射器的引射空气量.求解了全三维N-S方程和k-w湍流模型,并采用多孔介质模型处理虚拟风室内的整流格栅,对不同主流速度下的引射流动进行了数值模拟.结果表明,引射空气量的计算值与已有文献实验测量结果之差小于7%,所采用的虚拟风室模型能有效预测大气环境下的引射流量.并通过流向涡和正交涡等理论对引射流动的卷吸和掺混进行了分析.     

风室试验中轴对称排气引射-混合器的引射特性

建立了大尺度引射进气风室试验装置,以精确测量排气引射-混合器的引射流量,采用辅助风机补风以调整并逼近实际引射进口压力,从而提高了引射流量的测量精度,采用3种直径的混合管对轴对称排气引射-混合器的引射流量特性进行对比研究,并结合射流理论对其流动状态加以分析.结果表明:在主流喷管直径一定而混合管直径(D2)不同的条件下,混合管内的流动状态有所不同;当D2=250 mm时,混合管内的流动为过度发展状态,随着主喷管与混合管间距离(a)增大,射流半厚度经扩展后过早附着在混合管壁,其引射系数和引射流量随a值增加而增大,当增至最大值后逐渐减小,随着主流流量的增加,引射流量增大而引射系数变化不大;当D2=300 mm时,混合管内的流动为充分发展状态,随着a值增大,射流半厚度经扩展后在a=300 mm时恰好在混合管出口处附着于混合管壁,其引射系数和引射流量随a值的增幅逐渐变缓;当D2=350 mm时,混合管内的流动为欠发展状态,随着a值增大,射流半厚度经扩展后在混合管出口处仍未附着于混合管壁,引射系数和引射流量随a值增加而增大.     

以乙醇为燃料的斯特林发动机燃烧火焰特性分析

斯特林发动机的燃烧特性直接影响到整机性能.采用可视化试验台架,利用高速摄影机拍摄以乙醇为燃料的斯特林发动机燃烧火焰图片,分析了乙醇燃料引射式燃烧的火焰脉动和形态的特点;根据燃烧方式与火焰RGB值的对应关系,分析了引射空气量的变化对斯特林发动机燃烧方式的影响.结果表明,加入适量引射空气可提高火焰的稳定性,降低火焰长度,增大火焰张角,使燃烧室火焰充满度提高,并且乙醇火焰燃烧方式转变为半预混合、半扩散式.     

蒸汽喷射制冷系统喷射器工作特性的实验研究

为确定喷射器的工作特性,评估数值模型计算精度,完善喷射泵抽气理论,构建了小型水蒸气喷射制冷实验系统.实验研究了水蒸气喷射泵性能与工作蒸汽压力、被抽蒸汽压力、背压的关系.实验结果表明,随着工作蒸汽压力的上升,被抽蒸汽流量和引射系数均呈先升高,达到最大值后下降的趋势.随着被抽蒸汽压力的升高,被抽蒸汽流量和喷射器引射系数均增加.在一定背压范围内,喷射器引射系数保持不变,当超过临界背压后,引射系数急剧下降.研究结果对于了解喷射泵抽气特性、改进喷射泵结构和性能优化有参考价值.     

蒸汽喷射泵举升稠油参数设计

应用气液两相流理论与传热学原理,建立了蒸汽喷射泵采油井井筒和油套环空中流体流动及传热耦合模型,以渐缩式喷嘴中蒸汽流动规律为基础,建立了以湿饱和蒸汽为动力液的喷射泵举升特性方程,应用节点分析方法,以井下喷射泵出口为求解点,形成了一套完整的蒸汽喷射泵采油工艺参数设计方法.计算结果表明:喷嘴喉管面积比相同时,引射系数增大,泵排出口压力降低;引射系数相同,减小面积比,泵排出口压力降低.     

喷流引射器对引射式气动窗口性能的影响

提出了一种纵向喷流气动窗口－－引射式气动窗口。研究了不同引射器结构尺寸下该气动窗口密封性能及输出光束质量，其中气动窗口光学性能采用一体化的定量测试设备－－Ｈａｒｔｍａｎ激光光束诊断仪测试分析。实验表明，增加引射喷管喉道面积及混合室长度将有助于降低密封压力比和提高密封压力比的稳定性，不同的引射喷管喉道面积和混合室长度的气动窗口均能给出优良的光束质量。