蒸汽喷射器特性的CFD分析与节能应用研究

【摘要】：蒸汽喷射器是提高流体压力而不直接消耗机械能的设备，其结构简单可靠、运转费用低廉。但喷射器内部的流动过程复杂，最初的喷射器理论大多数是作为研究和详细分析一定用途喷射器计算方法而得到发展的，设计方法基本都是建立在一维理论基础上的经验公式。在喷射器结构对喷射器性能影响等具体细节的研究方面，由于受实验水平、计算能力、流体力学理论发展水平的限制，是不充分的。本文借助FLUENT软件平台，通过对蒸汽喷射器性能进行CFD数值模拟，深入分析和探索了工况参数及结构参数对蒸汽喷射器性能的影响规律，这对优化喷射器结构，提高喷射器效率具有重要的意义。在此研究基础上，将蒸汽喷射器应用于蒸发浓缩系统，提出了蒸汽喷射热泵蒸发浓缩系统这一节能方案，将蒸汽喷射热泵蒸发浓缩系统和自循环蒸发浓缩系统进行了实验对比研究。本文的主要研究工作如下： (1) 建立了适用于蒸汽喷射器模拟的CFD数学模型。本文借助商用软件平台，基于雷诺时均方程、湍流粘度模型及气体状态方程对蒸汽喷射器内部可压缩性流动过程进行了数值模拟，并就所得到的结果与实验结果进行了比较，按照与实验值相符、收敛速度快等原则，确定了能够反映蒸汽喷射器性能变化规律的CFD数学模型。 (2) 详细分析了工作参数对蒸汽喷射器性能的影响规律。对不同工况条件下的蒸汽喷射器进行了模拟试验，得到了工作压力、引射压力、出口压力对喷射器性能的影响规律。在对蒸汽喷射器性能研究的过程中，引入膨胀比这一参数，给出了蒸汽喷射器的膨胀比与最大喷射系数的关系表。膨胀比的使用可以使模拟所得到的结论不限于具体的参数值，具有较好的通用性。 (3) 详细分析了喷射器主要结构对喷射器性能的影响规律。改变喷射器主要结构尺寸，通过模拟试验并分析整理在不同膨胀比下喷射器结构与最大喷射系数之间的变化关系，得到了喷射器主要结构对喷射器性能的影响规律。研究结果表明，改善喷射器的结构，提高喷射器的喷射系数，是提高喷射器效率的一个重要途径。 (4) 基于数值模拟试验所得到的工作参数及结构参数对喷射器性能的影响 【关键词】：蒸汽喷射器 喷射系数 膨胀比 热泵蒸发浓缩系统 节能
【学位授予单位】：南京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 蒸汽喷射器概述11-13
• 1.1.1 结构及工作原理11-12
• 1.1.2 主要性能指标12-13
• 1.2 喷射器研究进展及状况13-15
• 1.3 喷射器CFD数值模拟研究进展15-18
• 1.3.1 数值模拟方法15-16
• 1.3.2 结构参数及工况参数的变化对性能影响的研究16-18
• 1.4 蒸汽喷射式热泵系统18-19
• 1.5 本课题研究的目的和主要内容19-20
• 参考文献20-24
• 第二章 蒸汽喷射器CFD数值模拟方法24-41
• 2.1 湍流研究进展24-26
• 2.2 湍流控制方程26-31
• 2.2.1 湍流的Reynolds时均方程26-27
• 2.2.2 湍流模型27-29
• 2.2.3 边界条件的给定29-31
• 2.3 数值模拟方法的建立31-38
• 2.3.1 数值解法31-34
• 2.3.2 网格的生成及其无关性研究34-37
• 2.3.3 湍流模型的确定37-38
• 2.4 小结38-39
• 参考文献39-41
• 第三章 蒸汽喷射器性能研究41-60
• 3.1 引言41
• 3.2 工作参数对喷射器性能的影响41-49
• 3.2.1 出口压力的影响43-46
• 3.2.2 工作压力的影响46-47
• 3.2.3 引射压力的影响47-49
• 3.3 蒸汽喷射器结构对其性能影响的分析49-57
• 3.3.1 混合室结构对喷射器性能的影响49-51
• 3.3.2 喷嘴结构的选择51-54
• 3.3.3 喉管面积比的影响54-56
• 3.3.4 扩压室结构对喷射器性能的影响56-57
• 3.4 小结57-59
• 参考文献59-60
• 第四章 蒸汽喷射器的设计理论及方法60-69
• 4.1 喷射器理论设计方法60-62
• 4.1.1 经验系数法60
• 4.1.2 经典热力学法60-61
• 4.1.3 气体动力学函数法61-62
• 4.2 蒸汽喷射器工况参数的设计计算62-65
• 4.2.1 基本设计参数及条件62-63
• 4.2.2 喷射器的级数和各级压缩比的确定63-64
• 4.2.3 喷射泵抽气能力和消耗蒸汽量的计算64-65
• 4.3 蒸汽喷射器的简化设计方法65-67
• 4.4 小结67
• 参考文献67-69
• 第五章 蒸汽喷射热泵蒸发浓缩系统的节能研究69-82
• 5.1 研究意义69
• 5.2 蒸发浓缩过程节能原理及节能技术应用69-72
• 5.2.1 蒸发过程原理70
• 5.2.2 蒸发过程的节能原理70-72
• 5.3 蒸发浓缩过程的节能方案72-74
• 5.3.1 自循环式蒸发浓缩过程72-73
• 5.3.2 热泵蒸发浓缩过程节能方案73-74
• 5.4 实验研究74-77
• 5.4.1 实验目的74
• 5.4.2 实验仪器74-75
• 5.4.3 实验步骤75-76
• 5.4.4 实验结果76-77
• 5.4.5 实验结论77
• 5.5 CFD数值模拟分析及对比77-80
• 5.5.1 模拟结果与实验结果的对比77-79
• 5.5.2 实验条件下喷射器的最佳结构79-80
• 5.6 小结80
• 参考文献80-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 主要结论82-83
• 6.2 课题展望83-84
• 符号说明84-86
• 附录86-89
• 攻读硕士学位期间发表论文89-90
• 致谢90

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