s喷射器流场的数值模拟研究.pdf

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1、西南民族大学学报·自然科学版第32卷第2期Mar.2006___________________________________________________________________JournalofSouthwestUniversityforNationalities⋅NaturalScienceEdition文章编号：1003-2843(2006)02-0316-08喷射器流场的数值模拟研究123杨燕勤，安志强，经树栋（1.上海师范大学机电学院，上海201418；2.阿美得格电机（上海）有限公司，上海201615

2、；3.华东理工大学化工机械研究所，上海200237）摘要：采用流体动力学计算软件FLUENT对大气喷射真空泵的超音速混合过程进行数值模拟．分析了进口压力、引射压力和出口压力的变化对引射流量的影响，及面积比、喉嘴距和扩压器出口直径等几何尺寸对工作性能的影响．结果表明，工作气体的变化对引射流量的影响较小，当工作压力波动时不会引起性能急剧下降，操作参数与几何参数对喷射器的波系结构影响很大．在一定的设计工况下，对应于最大引射流量存在一个最优面积比和喉嘴距．关键词：喷射器；FLUENT；数值模拟；流场中图分类号：TK511.3文献标识码

3、：A喷射器是利用流体传递质量和能量的设备，由于其结构简单、工作可靠、寿命长、易于维修等诸多优点，在国内外动力、矿山机械、石油化工、冶金、轻工纺织、建筑、制冷等领域应用越来越广．大气喷射器是以压缩空气为工作介质，来抽吸和压送气体（被抽气体称为引射介质），以获取真空的喷射器．压缩空气进入喷射器，从拉瓦尔喷嘴中喷射出超声速气流，由于气流处于高速而压力降低，在局部区域形成真空，引射气体在压力差的作用下流向低压区，并且与工作流体混合，由于气体的黏性被高速气流卷吸入室内，再通过扩压器排出，达到连续抽吸流体的目的．[1]气体喷射器的设计通常

4、采用三种设计方法，即热力学方法，气体动力学方法和简化计算法．其中气体动力学的假设条件与泵的实际工作情况比较接近，使用的比较普遍．但是由于计算公式复杂，计算量大，若采用手工算法，只能进行试算，得到一些近似结果．随着计算机技术的飞速发展，数值模拟已经在工业生产的各个领域中得到了广泛的应用，并在科研和生产中发挥着越来越重要的作用．它不仅可以对喷射泵进行优化设计，提高计算精度和速度，对一些过去靠经验取值的参数从降低成本的角度进行优化，还可以采用CFD方法深入研究其流场分布规律和变工况运行性能曲线．这种优势是手工计算不能比拟的．本文的工

5、作就是将目前国际上比较流行的商用CFD软件包——FLUENT，应用于喷嘴射流流场的数值模拟，分析了进口压力、引射压力和出口压力的变化对引射流量的影响，及面积比、喉嘴距和扩压器出口直径等几何尺寸对工作性能的影响．1控制方程[2]根据喷射泵内部流场的特点，采用如下假设：（1）稳定的轴对称流动；（2）忽略流体浮力的影响；（3）喷嘴出口截面上工作流体和引射流体互不混合，但紧密流动．[3]非定常可压缩的射流满足如下的N-S方程___________________________收稿日期：2006-01-09作者简介：杨燕勤(1973-

6、)，女，上海师范大学机电学院讲师，博士研究生.基金项目：上海师范大学青年教师基金项目.___________________________________________________________________第2期杨燕勤，安志强，经树栋：喷射器流场的数值模拟研究317∂∫∫∫WdV+∫∫F−G⋅dA=∫∫∫HdV（1）∂tΩΩ∂Ω上式中，Ω是控制体，∂Ω是控制体边界面，W是求解变量，F是无粘通量，G是粘性通量，H是源项．⎧ρU⎫⎧0⎫⎧ρ⎫⎪r⎪⎪⎪⎪⎪⎪ρUu+pi⎪⎪τxi⎪⎪ρu⎪⎪r⎪⎪⎪W=⎨⎬F=⎨ρU

7、v+pj⎬G=⎨τyi⎬⎪ρw⎪⎪r⎪⎪⎪⎪ρE⎪⎪ρUw+pk⎪⎪τzi⎪⎩⎭r⎪⎩ρUE+pU⎪⎭⎪⎩τijvj+q⎪⎭rrr上式中，ρ是密度，u、v、w是速度分量，E是单位体积总能，U是速度矢量，p是压力，i、j、k是单r位矢量，τxi、τyi、τzi、τij是粘性力，q是热对流项．[4]2FLUENT软件简介大型流体动力学计算软件FLUENT是由Fluent公司开发的用于模拟流体流场分布，为工程实际和理论研究提供流场内部的变化规律，让研究人员清楚的了解速度、压力以及温度等参数的分布，从而为结构优化提供帮助的大型商用软件

8、．FLUENT提供灵活的网格划分功能，可以使用非结构网格，例如二维三角形或四边形网格、三维四面体/六面体/金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动．甚至可以用混合型非结构网格，它允许你根据解的具体情况对网格进行修改（细化/粗化）．网格对解的适应可以准确的预测具有大梯度区域的流场，