喷射器流场的数值模拟研究

采用流体动力学计算软件FLUENT对大气喷射真空泵的超音速混合过程进行数值模拟.分析了进口压力、引射压力和出口压力的变化对引射流量的影响,及面积比、喉嘴距和扩压器出口直径等几何尺寸对工作性能的影响.结 果表明,工作气体的变化对引射流量的影响较小,当工作压力波动时不会引起性能急剧下降,操作参数与几何参数对喷射器的波系结构影响很大.在一定的设计工况下,对应于最大引射流量存在一个最优面积比和喉嘴距.     

两相流CO_2喷射器内部流场的数值模型

利用计算流体动力学模拟软件Fluent建立两相流CO_2喷射器非均相模型,基于非均相模型对CO_2喷射器的内部流场进行数值模拟,分析喷射器内部流场的相变、压力和速度变化情况,通过实验验证了模型精度;通过改变喷嘴段结构参数,探究了喷嘴设计对于喷射器性能的影响,并对喷射器结构进行优化.结果表明:喷射器喷射流量以及引射压力的模拟值与实测值的误差分别为6.5%和5.0%,即所建模型具有较高的精度;当喷射器喷嘴段出口出现激波现象时,流体的压力和速度均出现波动,并且存在明显的边界层;喷嘴发散段的长度越长,喷射流量越小,喷射速度越高;通过优化喷嘴段结构参数,可使喷射器的效率提高10.5%.     

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。     

液环泵喷射器内流场及其与液环泵匹配特性

为研究喷射器内流场特性及其与液环泵的匹配关系,在液环泵进口前串联喷射器,通过数值模拟和试验相结合的方法对液环泵喷射器系统内流动进行研究,分析喷射器内部超声速射流产生的激波现象及其与边界层相互干扰引起的流动分离复杂流动结构,研究不同尺寸喷射器和液环泵的匹配关系及其对泵性能的影响机理.结果表明:喷嘴出口在压差作用下产生超声速射流,形成规则分布的激波串,激波与边界层相互干扰引起了流动分离,压力、密度和马赫数等参数在喷嘴出口呈振荡分布;液环泵进口前串联大气喷射器,在合理的匹配条件下能提升系统吸入口的真空度及流量,改善液环泵进口的工作条件;一定范围内随着喷射器几何尺寸的增大,引射真空度逐渐增大、泵进口吸气量逐渐提升,喷射器有效工作范围增大.     

气液喷射器喷射性能的数值模拟与优化

针对气液喷射器传统2维设计理论和以试验或者CFD为基础进行单因素改变分析的不足,进行4组不同条件、多因素影响下气液喷射器内部流场的CFD数值模拟,对比分析特定环境下不同气液流量比、混合管长径比、扩散室出口直径等参数对气液喷射器性能的影响,选择了合适的、有利于提高气液喷射器喷射性能的优化参数.结果表明:对于气液喷射器,当气液流量比和扩散室出口直径增大时,喷射器出、入口压降增大,壁流效应增大,工作效率降低,合适的气液流量比为0.018~0.035,扩散室出口直径为25~30 mm;当混合管长径比为1.00~1.17时,壁流效应较小,喷射器减速增压效果较好,流体混合加热效果较好,能够更好地满足气液喷射器工作特性要求.     

蒸汽喷射器的CFD数值模拟及其性能

根据喷射器的结构特点,建立了蒸汽喷射器二维CFD模型,研究了工作参数(工作流体压力、引射流体压力和混合流体压力)和结构参数(混合室收缩段长度、等截面混合室长度和直径、扩压室长度和工作喷嘴结构等)对蒸汽喷射器性能的影响.研究表明:①等截面混合室长度和直径、工作喷嘴喉部直径以及喉管面积比φ存在使喷射系数达到最大的最佳值;②CFD不仅是预测喷射器性能的有力工具,而且使人们更加清晰地了解喷射器内流动和混合过程.     

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。     

结构参数对大气喷射器性能影响的数值模拟分析

借助FLUENT软件,定量研究了结构参数对大气喷射器性能的影响,并对数值模拟结果进行了分析,定量研究结果表明,结构参数对大气喷射器的性能影响显著,合理设计结构参数对大气喷射器性能的发挥非常重要,数值模拟结果显示,大气喷射器喷嘴的最佳位置应在其出口截面距混合室入口截面9 cm处,混合室的最佳锥度为O°,扩压器的最佳锥度为2.4°,喷嘴的最佳喉部直径为1.5 cm.     

蒸汽喷射器用双喷嘴结构性能的数值研究

运用CFD数值模拟的方法研究了第二喷嘴进出口截面大小对喷射效率的影响,并对比研究了不同工作流体压力下普通喷嘴结构和双喷嘴结构对蒸汽喷射器操作性能的影响.计算结果表明,在相同的操作条件下,双喷嘴结构能有效地提高喷射器的喷射系数.同时,第二喷嘴进出口截面以及第二喷嘴出口长度存在一最佳值,对应于最大喷射系数.并且这种喷嘴结构能有效改善由于工作流体压力降低而造成的设备操作性能恶化,提高蒸汽喷射器运行的稳定性.     

跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环的数值分析

为了更合理的描述喷射器扩压室内的压力变化特性,对已有的跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环的热力学模型做了改进,并对扩压室新定义了一种压力系数ηd。建立了相应的数学模型并进行数值模拟,考察了该压力系数ηd 对制冷循环喷射系数和系统性能系数COP的影响,其结果与常规的扩压效率ηk 的影响作用有很好的一致性,说明所改进的热力学模型是可行的;应用该模型分析了压力系数对相关重要参数的影响,结果表明：随压力系数的增大,喷射系数基本不变;COP、压缩机进口温度、喷射器的增压比和喷射器效率增大;压缩机出口温度和压缩比减小;当工作流体压力为9 MPa时,相关参数发生了显著的变化。该压力系数取决于系统喷射器扩压室进出口的压力,方便测量确定。研究方法能够为跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环的性能分析提供有益参考。     

亚临界气体喷射器的设计计算

计算气体压缩喷射器可达到喷射系数的研究已很成熟，但对亚临界气体喷射器可达到喷射系数，大多采用气体喷射压缩器的方法进行计算。针对亚临界气体喷射器的特性，给出了3种计算方法：气体喷射压缩器计算方法；喷射泵计算方法；气体喷射器计算方法。研究表明：对膨胀比和压缩比都小于临界压力比的亚临界气体喷射器，膨胀比较大时，工作介质的弹性影响不能忽略；压缩比较小时，引射介质的弹性影响应该忽略；进而得出在膨胀比和压缩比都接近临界压力比时，适宜采用把工作介质视为弹性，引射介质视为非弹性的气体喷射器计算方法：而在膨胀比和压缩比都非常小且接近于1时，应该采用把工作介质和引射介质都视为非弹性的喷射泵计算方法。     

基于CFD模拟的喷射泵操作参数对泵抽气性能的影响

通过CFD方法讨论了不同操作参数对喷射泵内部流体的流动特性及泵抽气性能的影响.随着工作蒸汽压力的增加,在壅塞位置处,被抽气体过流面积变化减小,马赫数、引射系数升高,喷射泵的抽气性能增强.当工作蒸汽压力过高时,由于膨胀核的增大,被抽气体的过流面积减小,引射系数显著下降.随着引射蒸汽压力的增加,壅塞和激波向下游移动,泵抽气性能增强.此外,引射系数随着背压的增加而减小,当背压过高时,返流现象明显,泵的抽气性能急剧下降直至失效.研究结果表明,操作参数的选择不仅能提高喷射泵的抽气效率和极限排气能力,也极大地提高了喷射制冷系统的制冷效率,降低了能源的消耗.     

两相喷射器增压的二级压缩制冷系统性能分析

建立一维等面积两相喷射器热力学模型,改进传统的二级压缩系统,提出一种喷射器增压的二级压缩制冷系统.以R1234yf为制冷剂,采用能量分析模型,研究不同设计工况下喷射器的性能.结果表明:当蒸发温度升高时,系统的性能系数(COP)和喷射系数增大,喷射器升压比减小;当冷凝温度升高时,COP和喷射系数减小,喷射器升压比增大;当蒸发温度为0 ℃,冷凝温度为50 ℃时,COP随着中间温度的升高先增大后减小,且存在一个最优中间温度,系统性能提高率可达10%以上.     

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.     

带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器系统的实验研究

设计了一套带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器系统实验平台,开发了相应的计算机测控系统.进行了改变冷却水体积流量和进口温度对系统性能影响的实验研究,分析了制热系数、制热量、压比、喷射系数、升压比、喷射器效率等参数的变化趋势.实验结果表明:随着冷却水体积流量减小或进口温度增加,喷射系数增加的同时,升压比也增加,而喷射器效率却降低;在测试工况范围内喷射器效率最高达到34%,升压比最高达到1.165;在蒸发温度为-5℃时,制热系数达到3左右.带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器循环的压缩机压比与传统循环相比减少了12%～14%,喷射器的引入有效地提高了跨临界CO_2热泵热水器循环的效率.     

基于CFD评估蒸汽喷射泵的抗背压能力

通过蒸汽喷射泵喉部出口截面单位体积流体的动能e评估蒸汽喷射泵的抗背压能力.利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法研究喷射泵几何参数——喉部直径d、混合室角度θ和喷嘴出口位置s对蒸汽喷射泵抗背压能力的影响,以及e与蒸汽喷射泵抗背压能力之间的关系.结果表明:随着d或θ的减小,或s的增大,都会导致e增大,此时蒸汽喷射泵抗背压能力增强;当d,θ及s变化时,e可作为评估蒸汽喷射泵抗背压能力的指标.     

天然气喷射压力计算方法与应用分析

天然气喷射引流技术是利用高压气井的能量提高低压气井压力,实现低压气井正常稳定生产,延迟增压开采时间。目前在现场得到了一定应用,但存在喷射压力的理论与应用分析缺乏。为提高喷射引流技术的应用效果,优化设计喷射器参数,本文结合长庆气田某输气站气体喷射器的实际工作情况,以喷射器内部气体流动特征和气体动力学理论为基础,建立了混合压力及特性曲线的计算模型,并进一步分析了其影响因素。结果表明：混合压力随高、低压天然气压力的增加而增加;高、低压气的温度对混合压力的影响不明显;混合压力随喷射器结构参数混合腔喉部面积与一次气喷嘴喉部面积之比的增加而减小,结合可达到喷射系数计算曲线可确定出气体喷射器的最佳状态参数;结构参数一次气喷嘴出口面积与一次气喷嘴喉部面积之比对混合压力有较为复杂的影响,且该参数存在最优范围。分析结果对于喷射引流技术的应用推广具有指导意义。     

进气门晚关与高压缩比技术在汽油机上的应用

针对混合动力汽车用发动机的特点,通过模拟和试验相结合的方法,研究了进气门晚关与高压缩比对汽油机部分负荷性能的改善作用以及由于发动机参数变化对外特性的影响.研究结果表明:部分负荷应用进气门晚关与高压缩比可在排放变化不大的前提下使发动机油耗降低4%~10%;进气门晚关控制负荷有效降低了泵气损失,配合几何压缩比的提高和点火提前角的优化,实现了较好的燃烧性能,提高了膨胀比;综合作用下使得有效热效率提高;较长进气持续期和较大几何压缩比的应用使得外特性扭矩降低2%~5%的同时,油耗平均5%.     

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.