环形气体喷射器流场性能优化研究

作     者：郑钧 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张师帅

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：环形喷射器 数值模拟 结构优化 变工况 流场分析 

摘      要：喷射器是工业中重要的节能减排设备。其内部流动状况复杂,经济效益良好。而目前环形喷射器研究还不够深入,没有较为成熟的设计理论。因此,研究环形气体喷射器具有重要意义,本文通过对环形气体喷射器的结构参数变化、不同工况以及工程应用中的性能及流动规律进行优化研究,可以为指导环形气体喷射器的设计优化提供基础。本文主要工作如下:参照相关模型设计了一款环形气体喷射器,通过完成几何模型,划分网格并完成网格数量无关性验证后对环形气体喷射器进行了数值模拟。对环形间隙、混合管轴向长度、扩散管出口直径和长度几个方面进行了研究。分析了不同结构参数对喷射器性能及内部流动状况,总结对比了结构优化后模型的装置性能和流场特征情况,确定了最佳环形间隙、混合管轴向长度、扩散管出口直径及长度等结构参数。对结构优化后的环形气体喷射器模型进行不同工况下数值模拟,研究不同工作气体压力、不同引射气体压力和不同出口压力对喷射器内低压区形成和工作气体形成的膨胀波对喷射器性能及流场的影响。通过分析马赫数云图和压力云图,得到喷射器在不同工况下低压区分布及流场恶化趋势,为工程应用提供一定参考。采用Mixture模型,分析不同管路条件下高压工作气体对液体的抽吸输送影响,得到管路条件对液体输送性能及流场的影响规律。对不同工作气体压力、不同出口管长度和不同安装高度进行分析,结果显示管路系统对环形喷射器抽吸液体性能影响较大。研究结果可以为环形气体喷射器的设计研发提供一定的理论依据。