微小型蒸汽噴射器的數(shù)值模擬和優(yōu)化研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著人們節(jié)能和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，很多設(shè)備和系統(tǒng)都力爭(zhēng)采用新能源作為驅(qū)動(dòng)力。在國(guó)家節(jié)能減排的大方針下，太陽(yáng)能噴射式制冷系統(tǒng)由于其采用新能源作為驅(qū)動(dòng)力，得到了業(yè)內(nèi)人士越來(lái)越多的關(guān)注。噴射器是太陽(yáng)能噴射式制冷系統(tǒng)中的核心部件，是一種利用高壓流體抽吸低壓流體的裝置，通過(guò)工作流體的射流來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低廉、操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)被抽介質(zhì)無(wú)嚴(yán)格要求。然而，噴射器效率低下，不節(jié)能，如何提高其效率是大家

2、共同關(guān)心的問(wèn)題。目前噴射器的設(shè)計(jì)一般是根據(jù)工作參數(shù)來(lái)確定具體的結(jié)構(gòu)，采用的計(jì)算公式多為一維等熵假設(shè)基礎(chǔ)上的半經(jīng)驗(yàn)公式。由于噴射器內(nèi)部的流動(dòng)過(guò)程非常復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)的測(cè)量困難，簡(jiǎn)單的一維理論研究和實(shí)驗(yàn)分析已經(jīng)滿足不了我們的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值理論的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文中，引入CFD軟件中的FLUENT作為我們研究平臺(tái)，采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)噴射器的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)的研究分析，比較深入地了解

3、了噴射器特性以及噴射器結(jié)構(gòu)與內(nèi)部流場(chǎng)的關(guān)系，得出了一些有關(guān)結(jié)構(gòu)的有指導(dǎo)性和方向性的新知識(shí)，這些對(duì)噴射器的設(shè)計(jì)將能起到有意義的指導(dǎo)作用。 本文根據(jù)實(shí)際需求，首先對(duì)噴射器的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模型的合理簡(jiǎn)化，確定了模擬用的數(shù)學(xué)模型，并在GAMBIT軟件中完成了模型的建立和網(wǎng)格的劃分，即計(jì)算域的確定和區(qū)域離散。在設(shè)定好相關(guān)邊界條件后，將網(wǎng)格導(dǎo)入FLUENT軟件中，采用基于密度(Density Based)的隱式求解器

4、和標(biāo)準(zhǔn)κ—ε湍流模型，計(jì)算出噴射器的內(nèi)部流場(chǎng)。為了保證模型選擇的正確性和可靠性，文中進(jìn)行了模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，即實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，結(jié)果說(shuō)明模型選擇符合要求。通過(guò)分析噴射器內(nèi)部流場(chǎng)(壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng))的特性，可以比較清楚的了解其內(nèi)部流動(dòng)的過(guò)程和工作原理，也比較清楚的看到了高速可壓縮流動(dòng)過(guò)程中的激波現(xiàn)象。通過(guò)改變噴射器的結(jié)構(gòu)參數(shù)(主要指噴嘴形狀、等面積段長(zhǎng)度和噴嘴出口截面到混合室入口截面段的長(zhǎng)度)，得出了噴射器的噴射系數(shù)隨其結(jié)

5、構(gòu)參數(shù)變化的規(guī)律，也總結(jié)出激波出現(xiàn)的位置和大小隨之變化的規(guī)律；通過(guò)改變邊界條件，即工作參數(shù)的變化，分析噴射系數(shù)以及激波隨之變化的情況。結(jié)果表面，小型噴射器與傳統(tǒng)的中大型噴射器相比，有自己不一樣的特性。同時(shí)，在大量模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過(guò)擬合的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出小型噴射器結(jié)構(gòu)的最優(yōu)配置(最合適的噴嘴距和等面積段長(zhǎng)度)。 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)應(yīng)用于太陽(yáng)能蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)中的微小型噴射器的研究很少，本文所做的工作為以后同類噴射器的設(shè)計(jì)