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热蒸汽压缩多效蒸馏(MED-TVC)利用低品位热源进行海水淡化,是目前最具前景的海水淡化技术之一,能够有效解决我国淡水资源匮乏的问题。然而由于低品位热源的不稳定特性,如热电厂发电功率的变化以及汽轮机热力系统中蒸汽流量的变动,余热蒸汽会随着汽轮机组的变工况运行而产生剧烈波动。传统的固定尺寸喷射泵无法满足MED-TVC海水淡化系统的变工况运行。本文提出了一种可根据动力蒸汽压力变化对面积比进行自适应调节的喷射泵,以提高MED-TVC海水淡化系统在变工况下的产水能力,对于MED-TVC水电联产具有重要的理论和应用价值。通过研究喷射泵以及波纹管的机理,本文在传统MED-TVC蒸汽喷射泵的基础上,提出一种自调控面积比喷射泵,在一次流喷嘴的内部设置与波纹管执行机构相连的喷针,使喷针能够根据动力蒸汽压力改变喷嘴的喉部面积,以提高变工况余热下的产水性能。对所提出的自调控面积比喷射泵进行了CFD二维轴对称建模和自适应网格加密,完成了网格无关性验证并使用实验数据对其进行模型验证。通过数值模拟,研究了动力蒸汽压力、面积比对于蒸汽喷射泵性能的影响,提出了适用于MED-TVC海水淡化系统的自调控喷射泵面积比优化策略,分析了自调控面积比喷射泵内部的速度云图分布,建立了不同临界背压下最佳开度与动力蒸汽压力之间的计算关系,并通过回归分析对最佳开度进行了预测。最后将所提出的自调控面积比喷射泵与传统固定结构尺寸喷射泵在MED-TVC海水淡化系统中进行了性能对比。研究结果表明,动力蒸汽压力的降低以及喷射泵面积比的增大,会在提高喷射泵引射比,提升其引射性能的同时降低临界背压,减小蒸汽喷射泵的工作区间范围。自调控面积比喷射泵的喷针在推进时,会对蒸汽喷射泵内部流体的流场产生影响,改变一次流的膨胀状态。自调控面积比喷射泵的使用,可以在MED-TVC系统动力蒸汽压力发生波动时,使喷射泵依旧保持较高甚至更高的引射能力。当临界背压固定为20 kPa时,面对动力蒸汽压力从800 kPa到2000 kPa变化的情况,自调控面积比喷射泵的平均引射比可达1.39,高于固定结构喷射泵的0.69。其在MED-TVC系统动力蒸汽压力发生波动的情况下,最高可以提升蒸汽喷射泵1.88倍的性能。本文所提出的自调控面积比喷射泵在MED-TVC海水淡化以及其他由低品位能源驱动的系统中,有着广泛的应用前景。

关键词： MED-TVC海水淡化蒸汽喷射泵波纹管自调控面积比 CFD数值模拟

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