新型喷嘴结构蒸汽喷射器性能的三维数值研究.pdf

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1、静设备石油化工设备技术，2014，35(5)·i9·Petro—ChemicalEquipmentTechnology新型喷嘴结构蒸汽喷射器性能的三维数值研究李宇(中国石化工程建设有限公司，北京100101)摘要：运用计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法比较了普通喷嘴结构和新型整流喷嘴结构对蒸汽喷射器操作性能的影响，并通过改变整流管长度和整流喷嘴出口位置，看其对喷射系数的影响。结果表明，在同等操作条件下，新型整流喷嘴结构能显著的提高蒸汽喷射器的喷射系数。并有一最佳整流管长度，在此长度下喷射系数可达最

2、大。这种新型整流喷嘴结构可以有效地改善因工作流体的负荷降低而造成的喷射器操作性能降低，提高了设备运行的稳定性，节省了工作蒸气耗量。关键词：蒸汽喷射器喷嘴喷射系数数值模拟蒸汽喷射器通过拉瓦尔喷嘴，将高压流体介蒸汽喷射器技术的研究和应用已有100多年质减压增速(势能转变为动能)以超音速喷入混合的历史。德国的学者Zeuner和Rankin在19世室，在喷嘴出口处形成局部真空，使其压力低于被纪8O年代提出了基于对两股流体的混合应用动抽流体(称为引射流体)的压力，该压力差把引射量方程的Zeuner—Rankin

3、理论，奠定了喷射器的流体由设备中引射进入吸入室，并与工作流体混理论基础n。1942年，Keenan和Neumann利合，进行能量交换，混合后的气体进入扩压器，减用一维的质量、动量及能量守恒方程，研究了一台速增压(动能转化为压强能)而被排出喷射器外。无扩散段的简化喷射器，得出了与实验结果相吻蒸汽喷射器是一种结构简单、性能稳定可靠的真合的性能曲线。1945年，Elrod在Keenan和空获得设备，广泛应用于石油、化工、油脂、制药、Neumann等人的研究基础上，定义了喷射器的效冶金、轻工、纺织、食品、制糖

4、、制盐等行业的真空率，即为实际喷射系数与理想喷射系数的比值。蒸发、蒸馏、精馏、升华、干燥、结晶、浓缩、脱臭、脱随后的计算机技术的发展，使得求解二维数值模色、脱水、过滤、真空输送物料、化学吸收、除气、除拟模型成为了可能，这大大加快了喷射器的研究氧、制冷等工艺。进度。20世纪70年代，Hedge和Hill利用一喷射器主要由喷嘴、吸人室、混合段、喉管和种有限差分程序模拟了喷射器内的流体流动过扩散段组成，如图1所示。喷射器的喷嘴结构、喷程，将喷射器的研究开始了新的篇章，这是计算流嘴与扩散管面积比、喷嘴出口至混

5、合室人口的距体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)方离、工作流体压力、引射流体压力及混合流体压力法在喷射器研究中的首次探索。商用计算流体动等是影响蒸汽喷射器工作性能的主要因素。力学软件的涌现使得喷射器内复杂的超音速流动与混合过程研究成为可能，研究者们也利用其对喷嘴吸人室混合段喉管扩散段喷射器结构参数和操作工况作了大量研究工作。工作／／混合流体，流体张少维等利用计算流体力学(ComputerFluid．．—收稿日期：201407—10。一一作者简介：李宇，男，2007年毕

6、业于大连理工大学流体机械工程专业，工学硕士，现在设备一室从事石油化工设备的设计工作，工程师。图1蒸汽喷射器结构Email：liyu@sei．com．cn石油化丁设备技术Dynamics，CFD)方法对比研究了新型喷嘴结构作流体入口的质量流量，引射流体人口的压／，J；扩和普通喷嘴结构对蒸汽喷射器操作性能的影响。散段出口采用压力出口，给定背压；固体啭而没定图2为普通喷嘴结构示意。整流喷嘴对普通喷嘴为不可渗透和无滑移绝热边界。结构进行了改进，比普通喷嘴多了一个整流管。其研究结果表明，整流喷嘴对提高喷射器的工

7、作效率效果显著，其平均喷射系数比普通喷嘴提高3o左右。但由于当时计算机软硬件条件限制，作者采用丁二维轴对称模型计算，并将引射流体的侧向入口简化为环向入口。陶4赜嘴的网格划分2计算结果分析采用喷射系数来衡量蒸汽喷射器1作性能，其定义为一定操作条件下，通过喷射器的位图2晋通喷嘴示意工作流体能抽吸的引射流体的量，即为引射流体本文利用计算流体动力学(ComputerFluid的质量流量与工作流体的质量流量的比值。Dynamics．CFD)的三维数值模拟方法，以某石化2．1整流管长度对喷射系数的影响炼厂减压塔顶

8、第一级抽空器为例，对比研究了新在其它热力参数保持不变的情况下，以楚流型整流喷嘴和普通喷嘴结构对该蒸汽喷射器操作管长度的无因次系数作为横坐标，以喷●射●系数0000O0性能的影响。三维数值模拟方法能减小二维模型作为纵坐标，可以得到整流管长度对喷射0器0m操0㈣作0∞0舯000∞0∞简化所产生的误差，并能更加准确地反映喷射器性能的影响曲线，如图5所示。随着的增大，喷内部的流体流动特性，对蒸汽喷射器_T程应用的射系数逐渐增大，说明整流管对于喷射器的操作2优化设