【摘 要】
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随着工业技术的迅速发展,人们所处的生态环境面临着日益严峻的挑战。为了更好地打好污染防治攻坚战,许多研究人员开始着重关注使用清洁能源工作的设备。水蒸气喷射泵作为最广泛使用的清洁制冷设备之一,在以较长的使用寿命以及较低的维护成本等优点广泛应用于各大领域的同时,又因较低的工作效率而被限制着其推广。因此提高水蒸气喷射泵的工作效率对于其应用推广以及建设生态文明都有着不凡的意义。而喷射器作为水蒸气喷射泵中的最
【基金项目】
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项目名称:超音速喷射器中液滴行为对斜激波/伪激波的作用机理及其控制研究(项目编号:No.51775098),经费来源:国家自然科学基金面上项目;
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随着工业技术的迅速发展,人们所处的生态环境面临着日益严峻的挑战。为了更好地打好污染防治攻坚战,许多研究人员开始着重关注使用清洁能源工作的设备。水蒸气喷射泵作为最广泛使用的清洁制冷设备之一,在以较长的使用寿命以及较低的维护成本等优点广泛应用于各大领域的同时,又因较低的工作效率而被限制着其推广。因此提高水蒸气喷射泵的工作效率对于其应用推广以及建设生态文明都有着不凡的意义。而喷射器作为水蒸气喷射泵中的最关键部分,对其几何结构进行改善优化是提高喷射泵工作效率的主要途径。随着计算机模拟计算的飞速发展,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,即 CFD)以及优化设计模块 Workbench DesignXplorer成为了优化喷射器结构的主要手段,将二者结合起来研究喷射器结构优化,不仅降低了研究成本、提高了研究效率,还弥补了单参数分析的局限性进而提高了优化结果的准确度,为喷射器的优化设计和性能研究提供了思路及参考价值。本文采用了 CFD与Workbench DesignXplorer相结合的方法,基于单参数分析研究了各个几何参数(收缩段角度A1,喉部直径D,喷嘴出口位置NXP和扩散段角度A2)对喷射泵引射系数与抗背压能力的影响及其机理,得到了单参数分析下的最优结构以及各个几何参数合适的变化范围,并提出了一种判别喷射泵抗背压能力的新方法:定义蒸气喷射器喉部出口截面单位体积流体动能ek1,通过еk1的大小来评估蒸气喷射泵的抗背压能力。基于多参数分析得到了喷射器的最优结构,并将其与最初结构以及单参数分析得出的最优结构进行了对比,突出了多参数分析的优点且证明了喷射器几何参数之间的协同影响是存在的,同时进行了四个几何参数分别对喷射泵引射系数以及抗背压能力的灵敏度分析。研究了操作参数(工作蒸汽压力和被抽气体压力)对喷射器最优结构的影响,同时进行了各个几何参数在喷射泵综合性能(引射系数以及抗背压能力)方面的相关性分析。研究结果表明,经过单参数分析得到在特定操作参数条件下喷射器最优结构为:A1=A2=2°,D=28mm,NXP=0mm。经过多参数分析得到喷射器最优结构为:A1=A2=2°,D=30mm,NXP=-10mm,其引射性能相对于单参数分析的最优解提高了 14.6%。ek1的大小可以作为判别喷射泵抗背压能力的标准,ek1越大,泵抗背压能力越强。当工作蒸汽或被抽气体压力增大时,可适当增大D和NXP来增强泵的综合性能。A1和A2的最优解不会随着工作蒸汽或被抽气体压力的改变而变化,二者最优解总为2°。在泵引射性能方面,只有A1与NXP存在相关性,其它几何参数之间不存在相关性。在泵抗背压能力方面,A1,A2与NXP之间不存在相关性。
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