蒸汽喷射器的CFD 数值模拟及其性能
收稿日期：２００９－０８－２６
基金项目：国家高技术研究发展计划项目（２００８ＡＡ０４２９０１，２００９ＡＡ０５Ｚ２１５）?作者简介：张 琦（１９７７－），男，山西大同人，东北大学讲师，博士后研究人员?
第３１卷第３期２０１０年３月
东北大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏｌ畅３１，Ｎｏ．３Ｍａｒ．２０１０
蒸汽喷射器的ＣＦＤ数值模拟及其性能
张 琦１，霍杰鹏１，２
，王汝武３，王 园３
（１．东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳 １１０００４；２．华南理工大学化学与化工学院，广东广州 ５１０６４０；３．沈阳飞鸿达节能设备有限公司，辽宁沈阳 １１００１５）
摘 要：根据喷射器的结构特点，建立了蒸汽喷射器二维ＣＦＤ模型，研究了工作参数（工作流体压力、引射流体压力和混合流体压力）和结构参数（混合室收缩段长度、等截面混合室长度和直径、扩压室长度和工作喷嘴结构等）对蒸汽喷射器性能的影响?研究表明：①等截面混合室长度和直径、工作喷嘴喉部直径以及喉管面积比φ存在使喷射系数达到最大的最佳值；②ＣＦＤ不仅是预测喷射器性能的有力工具，而且使人们更加清晰地了解喷射器内流动和混合过程?
关 键 词：蒸汽喷射器；性能；数值模拟；ＣＦＤ；节能
中图分类号：ＴＦ４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５－３０２６（２０１０）０３－０３９８－０４
ＣＦＤ－ＢａｓｅｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｔｅａｍＥｊｅｃｔｏｒａｎｄＩｔｓＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ＺＨＡＮＧＱｉ１，ＨＵＯＪｉｅ－ｐｅｎｇ１，２
，ＷＡＮＧＲｕ－ｗｕ３，ＷＡＮＧＹｕａｎ３
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｈｅｎｙａｎｇＦｅｉｈｏｎｇｄａＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１５，Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＺＨＡＮＧＱｉ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｅｕ－ｚｑ＠１２６．ｃｏｍ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｎｅｊｅｃｔｏｒ，ａ２－ＤＣＦＤｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｔｅａｍｅｊｅｃｔｏｒｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｎｇ，ｄｒｉｖｉｎｇａｎｄｍｉｘｅｄｆｌｕｉｄｐｒｅｓｓｕｒｅｓａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｏｆｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒ，ｌｅｎｇｔｈａｎｄｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｓｅｃｏｎｄｔｈｒｏａｔ，ｌｅｎｇｔｈｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｈａｍｂｅｒａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｐｒｉｍａｒｙｎｏｚｚｌｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｓｔｅａｍｅｊｅｃｔｏｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｏｒｍａｘｉｍｕｍｊｅｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｓｅｃｏｎｄｔｈｒｏａｔ，ｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｐｒｉｍａｒｙｎｏｚｚｌｅｔｈｒｏａｔａｎｄｔｈｅａｒｅａｒａｔｉｏｏｆｐｒｉｍａｒｙｔｈｒｏａｔｔｏｎｏｚｚｌｅｔｈｒｏａｔ（φ）．ＣＦＤｉｓｔｈｕｓｐｒｏｖｅｄａｐｏｗｅｒｆｕｌｔｏｏｌｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｊｅｃｔｏｒａｎｄ，ｗｈａｔ’ｓｍｏｒｅ，ｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｍａｋｅｓｕｒｅｏｆｔｈｅｆｌｏｗｉｎｇ／ｍｉｘｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｆｌｕｉｄｉｎｅｊｅｃｔｏｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅａｍｅｊｅｃｔｏｒ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＣＦＤ（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ）；ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ
蒸汽喷射器是一种利用高压蒸汽抽吸低压蒸汽的流体混合装置，该装置将两种不同压力的流体相互混合，并发生能量交换，形成一股居中压力的混合流体?由于其不直接消耗机械能，就能将低品位的热能转化为高品位的热能，从而达到节能的目的，因此，在动力、石化、冶金、轻工、制冷等领域得到了广泛的应用［１］?近年来，国内外许多专家、学者对喷射器进行了大量的研究［２－６］
?ＣＦＤ数值模拟也已被证实是了解和分析喷射器的喷射
和混合过程的有力工具
［７－８］
，能准确反映出喷射
器内部的工作过程，从而使喷射器的性能得到改
善?因此，本文结合工程实例使用ＣＦＤ对蒸汽喷射器进行模拟，分析其结构参数和工作参数对喷射器性能的影响，为设计提供理论依据?
１ 喷射器工作原理
喷射器的主要构成有：工作喷嘴、接受室、混合室和扩压室等，如图１所示?其工作原理是：高压蒸
汽作为工作流体进入工作喷嘴并以很高的速度进入接受室，从而在喷嘴出口处产生低压区，在此区对引射蒸汽产生抽吸作用，由于射流边界层的湍流扩散作用，在混合室内与周围的引射蒸汽混合并进
行能量交换，形成一股压力居中的混合流体?随后，
混合流体在扩压室内动能不断转化为静压能和热能，压力逐渐升高，速度减慢并逐渐均衡，从而提高
引射流体的压力不直接消耗机械能?
图１ 喷射器工作示意图Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆａｓｔｅａｍｅｊｅｃｔｏｒ
２ ＣＦＤ模型的建立
本文所建立的喷射器ＣＦＤ模型的结构尺寸
见表１?使用Ｇａｍｂｉｔ２．２和ＦＬＵＥＮＴ６．３作为网格生成器和ＣＦＤ求解器?选择的湍流模型是可实现性Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ－ε模型?
表１ 蒸汽喷射器的主要结构尺寸
Ｔａｂｌｅ１ Ｍａｉｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｓｔｅａｍｅｊｅｃｔｏｒｍｍ工作喷嘴喉部直径
１７．３工作喷嘴入口截面直径１３０工作喷嘴出口截面直径２８．１工作喷嘴渐缩段长度５６．２工作喷嘴渐扩段长度６４．８混合室入口截面直径３２５圆柱型混合室截面直径６７扩压室出口截面直径２００混合室渐缩段长度１１０等截面混合室长度４０２扩压室长度
８００
喷射器ＣＦＤ模型的计算域和网格如图２所
示，其中采用了多块网格技术，对喷嘴喉部和混合
室处的网格进行了适当的加密?
图２ 喷射器ＣＦＤ模型的计算域和网格Ｆｉｇ．２ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄｏｍａｉｎａｎｄｇｒｉｄｐａｔｔｅｒｎｏｆ
ｔｈｅｅｊｅｃｔｏｒＣＦＤｍｏｄｅｌ
以水蒸气作为工质，并将蒸汽进出口设为压力进口和压力出口，其中，工作蒸汽压力为０畅９８ＭＰａ，温度２７６℃，引射蒸汽压力０畅０９７ＭＰａ，温
度９０℃，混合蒸汽压力０畅１５ＭＰａ，温度１６７℃?采用密度基求解器（ｄｅｎｓｉｔｙ－ｂａｓｅｄｓｏｌｖｅｒ）及自适应网格方法（ｇｒｉｄａｄａｐｔｉｖｅ）来捕捉激波?
３ 结果分析
３．１ 工作参数对喷射系数的影响
喷射器的工作参数有工作压力、引射压力和混合蒸汽出口压力?前两者的增大都可以提高喷射系数（Ｒｍ，以下同），但一般受到工作条件的制约，因此，不作为提高Ｒｍ的主要手段?本文主要研究混合蒸汽出口压力变化对Ｒｍ的影响，其影响规律是在保持工作蒸汽进口和引射蒸汽进口压力不变的情况下，模拟其变化对Ｒｍ的影响?
Ｅａｍｅｓ等根据实验研究得出，混合蒸汽出口
压力存在一个临界背压值ｐ倡
ｍｉｘ，在这个压力下喷
射器的效率最大［９］?当出口压力ｐｍｉｘ＜ｐ倡ｍｉｘ，在混合室内流体的流动出现壅塞现象，喷射器能吸入等量的引射流体，这导致整个区域的Ｒｍ保持恒定，这个性质叫做喷射器的“定容性”?当ｐｍｉｘ＞
ｐ倡
ｍｉｘ时，Ｒｍ随出口背压的增大迅速下降直至到
零，使喷射器失去工作能力，这是由于激波上移到混合室并扰乱工作流体和引射流体的混合过程?图
３为本文模拟的喷射器混合流体出口压力对
图３ 混合流体出口压力对喷射系数的影响
Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｘｅｄｆｌｕｉｄｊｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｊｅｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
９
９３第３期 张 琦等：蒸汽喷射器的ＣＦＤ数值模拟及其性能
Ｒｍ的影响，这与Ｅａｍｅｓ的实验结果是相符合
的［９］?
一般来说，混合蒸汽出口压力由工作环境所决定，为保证喷射器能够稳定运行，在设计时，应选择实际运行时可能达到的最高出口压力为设计中采用的临界出口压力，这样可以保证运行时，即使出口压力有波动，喷射器仍能够稳定运行?本文模拟的蒸汽喷射器设计的混合蒸汽出口压力是０畅１５ＭＰａ?３．２ 混合室收缩段长度的影响
从模拟结果可知，在工作参数一定时，混合室收缩段长度存在一个最佳值使Ｒｍ最大（图４）?这是由于在混合室收缩段，高速的工作蒸汽和引射蒸汽互相碰撞并混合，因此造成一定的能量损失?此外，混合蒸汽由于射流流动分离和与壁面的碰撞也会产生局部回流，阻碍了工作蒸汽的抽吸作用?混合室收缩段长度对引射流体流量影响较大，而对工作流体流量的影响则不明显
，当该段过
图４ 混合室长度对喷射系数的影响
Ｆｉｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌｅｎｇｔｈｏｆｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒ
ｏｎｊｅｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
长或过短时都会使引射流体流量降低，这是因为
当混合室收缩段过长时，扩张的混合射流对收缩段的壁面有冲击并产生回流，因此使Ｒｍ降低；当混合室收缩段过短时，扩张的混合射流与一部分未混合的引射蒸汽一同进入等截面混合室，由于这部分低压引射蒸汽的作用，部分混合流体分离并回流，使Ｒｍ降低?因此，存在一个合适的混合室收缩段长度值使混合射流完全进入等截面混合
室而不冲击壁面，使Ｒｍ达到最大值?３．３ 等截面混合室直径的影响
等截面混合室直径（Ｄｓｔ，以下同）对Ｒｍ的影响，也存在一个最佳的Ｄｓｔ取值范围使Ｒｍ达到最大?随着Ｄｓｔ的减小，马赫数等值线不断向等截面混合室出口移动，并越来越密集，最终形成一个激波波阵面，这个激波波阵面的存在对Ｒｍ产生非常不利的影响，如图５ａ?因激波是强压缩波，因此经过激波的气流参数的变化是突跃的，而且蒸汽在经过激波时受到强烈且突然压缩，使气体内部出现剧烈的摩擦和热传导，造成极大的动量损失，从而影响到喷射器的工作效率?如图５ｂ所示，Ｄｓｔ＝３７ｍｍ时，速度出现突跃，这时壁面静压也出现了突降，这是激波波阵面所导致的?而Ｄｓｔ在４７～６７ｍｍ这个范围内，混合蒸汽在等截面混合室出口处速度达到均衡，随着直径增大，速度降低、静压升高，说明对于较大的Ｄｓｔ，混合流体更多地把动能转化为静压能，但在这个转化过程中能量的损失却是不断增大的，而且等截面混合室所起到的作用也是不断减弱，使Ｒｍ不断降低?
图５ 不同等截面混合室直径下的马赫数分布图和壁面静压分布图
Ｆｉｇ．５ Ｍａｃｈｎｕｍｂｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓａｎｄｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓａｌｏｎｇｔｈｅｅｊｅｃｔｏｒａｘｉｓ
（ａ）—马赫数分布图；（ｂ）—静压分布图?
３．４ 工作喷嘴喉部直径的影响
在保持工作喷嘴的出口截面积与喉部截面积比值不变的情况下来模拟工作喷嘴喉部直径（Ｄｎｔ，以下同）对Ｒｍ的影响规律，也存在最佳的Ｄｎｔ使Ｒｍ达到最大值，与Ｄｓｔ对Ｒｍ的影响比较
类似?这里工作喷嘴喉部直径和等截面混合室直
径存在一个比值关系，定义为喉管面积比φ，表达式为
φ＝Ｄ２ｓｔ
２ｎｔ
?
００４东北大学学报（自然科学版） 第３１卷
不同Ｄｓｔ和Ｄｎｔ影响下的φ对Ｒｍ的影响见图６?可见，在φ＝９畅１９时，对于变喷嘴喉部截面积的情况，Ｒｍ达到最大，而对于变等截面混合室截面积的情况，Ｒｍ也在最大值取值范围之内?因此，喉管面积比φ是喷射器的重要的结构参数，它与Ｒｍ呈类似抛物线的关系，即在某固定的工作参数下，总存在一个最佳的φ值，使Ｒｍ达到
最大?
图６ 变等截面混合室截面积和变工作喷嘴喉部截
面积下的喉管面积比对喷射系数的影响Ｆｉｇ．６ Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅａｒｅａｒａｔｉｏｎｏｆｐｒｉｍａｒｙｔｈｒｏａｔ
ｔｏｎｏｚｚｌｅｔｈｒｏａｔｏｎｊｅｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
４ 结 论
１）根据模拟结果，得出混合蒸汽出口压力存
在临界背压值，设计时应小于该值；混合室收缩段长度、等截面混合室直径、喷嘴喉部直径等均存在最佳值，使喷射器的效率最大；喉管面积比φ是喷射器的重要的结构参数，它与喷射系数的关系呈一个类似抛物线的关系?
２）可以利用ＣＦＤ模拟的快速、灵活和成本低廉等特点，对喷射器的结构尺寸做更多的改进，使喷射器性能得到改善?
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［８］ＶａｒｇａＳ，ＯｌｉｖｅｉｒａＡＣ，ＤｉａｃｏｎｕＢ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｔｅａｍｅｊｅｃｔｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｕｓｉｎｇＣＦＤ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，２００９，３２（６）：１２０３－１２１１．
［９］ＥａｍｅｓＩＷ，ＡｐｈｏｒｎｒａｔａｎａＳ，ＨａｉｄｅｒＨ．Ａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆａｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅｓｔｅａｍｊｅｔｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，１９９５，１８（６）：３７８－３８６．
１
０４第３期 张 琦等：蒸汽喷射器的ＣＦＤ数值模拟及其性能
第七 章 CFD仿真模拟
第七章CFD仿真模拟 一．初识CFD CFD是英文Computational Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称。它是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。简单地说，CFD相当于"虚拟"地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。 1933年，英国人Thom首次用手摇计算机数值求解了二维粘性流体偏微分方程，CFD由此而生。1974年，丹麦的Nielsen首次将CFD用于暖通空调工程领域，对通风房间内的空气流动进行模拟。之后短短的20多年内，CFD技术在暖通空调工程中的研究和应用进行得如火如荼。如今，CFD技术逐渐成为广大空调工程师和建筑师解决分析工程问题的有力工具。 二．为什么用CFD CFD是一种模拟仿真技术，在暖通空调工程中的应用主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。以预测室内空气分布为例，目前在暖通空调工程中采用的方法主要有四种：射流公式，Zonal model，CFD以及模型实验。 由于建筑空间越来越向复杂化、多样化和大型化发展，实际空调通风房间的气流组织形式变化多样，而传统的射流理论分析方法采用的是基于某些标准或理想条件理论分析或试验得到的射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温度、射流轨迹等进行预测，势必会带来较大的误差。并且，射流分析方法只能给出室内的一些集总参数性的信息，不能给出设计人员所需的详细资料，无法满足设计者详细了解室内空气分布情况的要求； Zonal model是将房间划分为一些有限的宏观区域，认为区域内的相关参数如温度、浓度相等，而区域间存在热质交换，通过建立质量和能量守恒方程并充分考虑了区域间压差和流动的关系来研究房间内的温度分布以及流动情况，因此模拟得到的实际上还只是一种相对"精确"的集总结果，且在机械通风中的应用还存在较多问题； 模型实验虽然能够得到设计人员所需要的各种数据，但需要较长的实验周期和昂贵的实验费用，搭建实验模型耗资很大，有文献指出单个实验通常耗资3000～20000美元，而对于不同的条件，可能还需要多个实验，耗资更多，周期也长达数月以上，难于在工程设计中广泛采用。 另一方面，CFD具有成本低、速度快、资料完备且可模拟各种不同的工况等独特的优点，故其逐渐受到人们的青睐。由表1给出的四种室内空气分布预测方法的对比可见，就目前的三种理论预测室内空气分布的方法而言，CFD方法确实具有不可比拟的优点，且由于当前计算机技术的发展，CFD方法的计算周期和成本完全可以为工程应用所接受。尽管CFD方法还存在可靠性和对实际问题的可算性等问题，但这些问题已经逐步得到发展和解决。因此，CFD方法可应用于对室内空气分布情况进行模拟和预测，从而得到房间内速度、温度、湿度以及有害物浓度等物理量的详细分布情况。 进一步而言，对于室外空气流动以及其它设备内的流体流动的模拟预测，一般只有模型实验或CFD方法适用。表1的比较同样表明了CFD方法比模型实验的优越性。故此，CFD方法可作为解决暖通空调工程的流动和传热传质问题的强有力工具而推广应用。 表1四种暖通空调房间空气分布的预测方法比较 比较项目 1射流公式 2 ZONAL MODEL 3CFD 4模型实验 房间形状复杂程度简单较复杂基本不限基本不限 ?对经验参数的依赖性几乎完全很依赖一些不依赖
ZS型蒸汽喷射器安装示意图
【ZS型蒸汽喷射器】安装示意图： 怎样选择水泵？ 建议从五个方面加以考虑，既液体输送量、扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等。 1、流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。如设计工艺能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。 2、扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%—10%余量后扬程来选型。 3、液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度c、密
度d、粘度u，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型：化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。 4、管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系梳扬程计算和汽蚀余量的校核。 5、操作条件的内容很多，如液体的操作T饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS（绝对）、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。 选购方法 水泵的流量，即出水量，一般不宜选得过大，否则会增加购买水泵的费用。应按需选用，如用户家庭使用的自吸式水泵，流量应尽量选小一些的；如用户灌溉用的潜水泵，就可适当选择流量大一些的。 1）要因地制宜选购水泵。例如：农用水泵有3种类型，即离心泵、轴流泵水泵和混流泵。离心泵扬程较高，但出水量不大，适用于山区和井灌区；轴流泵出水量较大，但扬程不太高，适用于平原地区使用；混流泵的出水量和扬程介于离心泵和轴流泵之间，适用于平原和丘陵地区使用。用户要根据地的地况、水源和提水高度进行选购。 2）要适当超标选水泵。确定水泵类型后，要考虑其经济性能，特别要注意水泵的扬程和流量及其配套动力的选择。必须注意，水泵标牌上注明的扬程(总扬程)与使用时的出水扬程(实际扬程)是有差别的，这是由于水流通过输水管和管路附近时会有一定的阻力损失。所以，实际扬程一般要比总扬程低10%—20%，出水量也相应减少。因此，实际使用时，只能按标牌所注扬程和流量的80%～90%估算，水泵配套动力的选择，可按标牌上注明的功率选择，为了使水泵启动迅速和使用安，
蒸汽喷射器工作原理
蒸汽喷射器工作原理 蒸汽喷射器工作原理 蒸汽喷射器 蒸汽喷射器是以蒸汽为动力实现工程需要的器件,它不用电力,没有移动与转动机件,系统简单,工作可靠,故使用广泛。 一工作原理: 蒸汽喷射器把高压蒸汽的势能通过喷咀形成高速动能,带动吸引低压蒸汽在喷射器混合段充分混和,降速,升压,供生产之需。 二结构介绍: 喷射器结构主要有两大部分: 1.喷咀:高压蒸汽通过喷咀形成高速射流,喷咀的形状,尺寸根据蒸汽性质(过热汽还是饱和汽)及蒸汽在喷咀中的压降来计算,当喷咀的压降 过热汽为初压的45.5%以上。 饱和汽为初压的42.3%以上。 喷咀做成拉伐尔喷咀,否则喷咀为锥形,材料採用1Cr18Ni9Ti 2.喷射器混合段:高,低压两股汽在此管内先进入,次混和均匀,后降速增压。所以混合段有前,中,后三段,作用不同。形状有别,通过总流量来设计其尺寸(直径与长
度)最终合成所需压力的蒸汽。 连结上二者的机件称汽室,使二件保持合理的距离,具有一定空间。蒸汽喷射器的材质常用20#优质碳素钢。 三使用范围: 1.蒸汽喷射增压器:能量较高的高温高压蒸汽经喷咀高速射流吸引低压蒸汽混合成工艺所需温度与压力的(中压)蒸汽供生产使用。这是解决工艺需要的一种较节能的形式(相对减温减压器而言),也比较方便。 有一种叫作二次蒸汽回收器的设备也属此类型。 2.蒸汽喷射热水器:通过蒸汽射流吸引一定量冷水加温到所需温度,并送到需要的场所,可以用于供暖和生活用水。 3.蒸汽喷射真空器:通过蒸汽射流,抽出容器内的空气,使容器具有一定的真空。如汽轮机轴封抽气器,防止汽机向外漏汽,并回收热量与工质。又如使大型循环水泵吸水段抽真空引来低位水流之水。 原理：利用流体来传递能量和质量的真空获得装置，采用有一定压力的水流通过对称均布成一定侧斜度的喷咀喷出，聚合在一个焦点上。由于喷射水流速特别高，将压力能转变为速度能，使吸气区压力降低产生真空。数条高速水流将被抽吸的气体攫走，经过文氏管收缩段与喉径充分混合压缩，进行分子扩散能量交换，速度均衡。在经扩张段速度降低压力增高，大于大气压力从出口喷入蓄水罐（池）中，不凝性气体析出。水经离心泵循环使用，完成吸气工艺。这样一种装置叫做喷射器，在这种装置里，不同压力的两股流体相互混合，并发生能量交换，以形 成一股居中压力的混合流体。混合流体分为气(蒸汽)相，液相，或者是气体(蒸汽)、 液体和固体的混合物。进入装置以前，压力较高的那种介质叫做工作介质。工作介质流叫做工作流体。工作流体以很高的速度从喷嘴出来，进入喷射器的接受室，并把在喷
一维CFD模拟仿真设计
CFD simulation in Laval nozzle SIAE 090441313 Abstract We aim to simulate the quasi one dimension flow in the Laval nozzle based on CFD computation in this paper .We consider the change of the temperature ,the pressure ,the density and the speed of the flow to study the flow.The analytic solution of the flow in the Laval nozzle is provided when the input velocity is supersonic.We use the Mac-Cormack Explicit Difference Scheme to slove the question. Key words :Laval nozzle ,CFD,throat narrow. Contents Abstract .................................................. . (1) Introduction .............................................. .. (2) Simulation of one-dimensional steady flow (3)
Basis equations ................................................. (3) Dimensionless .......................................... . (10) Mac -Cormack Explicit Difference Scheme (11) Boundary conditions ................................................ (13) Reference .............................................. (13) Annex .................................................. .. (14) Introduction Laval nozzle is the most commonly used components of rocket engines and aero-engine, constituted by two tapered tube, one shrink tube, another expansion tube. Laval nozzle is an important part of the thrust chamber. The first half of the nozzle from large to small contraction to a narrow throat to the middle. Narrow throat and then expand
空调房间气流组织数值模拟和优化课程
毕业设计说明书 作者：学号： 学院： 系(专业)：热能与动力工程 题目：空调房间气流组织数值模拟和优化指导者：讲师 (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 2012 年 6 月2 日 毕业设计（论文）中文摘要
毕业设计（论文）外文摘要 Title Numerical simulation of air-conditioned room air distribution and optimization Abstract Airflow-organizing in air-conditioned indoor air environment, air quality has an important effect is directly related to the indoor temperature, area, flow rate and air-conditioning energy consumption is an important part of the air-conditioned. Effective ventilation and airflow organization has an important significance for improving indoor air quality, to ensure the realization of healthy buildings, healthy comfort air conditioning. The main factors to affect the flow in room inlet velocity, the location of the air inlet into the return air relative position Firstly, the establishment of a physical model and mesh using Gambit software, and numerical simulations using Fluent software, said in an intuitive way the temperature field and velocity field of airflow under different air distribution program, analyzing the draw for office and other similar air-conditioned room, Side of the send side back, on sending the next time, on to send back, next to send back to the four air distribution are more appropriate. But the better Side of the send side back and on to send back on the air current forms of organization. Keywords：Airflow-organizing;Numerical simulation; Turbulence model;Temperature field;Velocity field.
CFD仿真验证及有效性指南
CFD仿真验证及有效性指南 摘要 本文提出评估CFD建模和仿真可信性的指导方法。评估可信度的两个主要原则是：验证和有效。验证，即确定计算模拟是否准确表现概念模型的过程，但不要求仿真和现实世界相关联。有效，即确定计算模拟是否表现真实世界的过程。本文定义一些重要术语，讨论基本概念，并指定进行CFD仿真验证和有效的一般程序。本文目的在于提供验证和有效的重要问题和概念的基础，因为一些尚未解决的重要问题，本文不建议作为该领域的标准。希望该指南通过建立验证和有效的共同术语和方法，以助于CFD仿真的研究、发展和使用。这些术语和方法也可用于其他工程和科学学科。 前言 现在，使用计算机模拟流体的流动过程，用于设计，研究和工程系统的运行，并确定这些系统在不同工况下的性能。CFD模拟也用于提高对流体物理和化学性质的理解，如湍流和燃烧，有助于天气预报和海洋。虽然CFD模拟广泛用于工业、政府和学术界，但目前评估其可信度的方法还很少。这些指导原则基于以下概念，没有适用于所有CFD模拟的固定的可信度和精确度。模拟所需的精确度取决于模拟的目的。 建立可信度的两个主要原则是验证和有效（V&V）。这里定义，验证即确定模型能准确表现设计者概念模型的描述和模型解决方案的过程，有效即确定预期模型对现实世界表现的准确度的过程。该定义表明，V&V的定义还在变动，还没有一个明确的最终定义。通常完成或充分由实际问题决定，如预算限制和模型的预期用途。复合建模和计算模拟没有任何包括准确性的证明，如在数学分析方面的发展。V&V的定义也强调准确度的评价，一般在验证过程中，准确度以对简化模型问题的基准解决方法符合性确定；有效性时，准确度以对实验数据即现实的符合性确定。 通常，不确定性和误差可视为与建模和仿真准确度相关的正常损失。不确定性，即在任一建模过程中由于缺乏知识导致的潜在缺陷。知识缺乏通常是由对物理特性或参数的不完全了解造成的，如对涡轮叶片表面粗糙度分布的不充分描述。知识缺乏的另一个原因是物理过程的复杂性，如湍流燃烧。误差即在建模和
关于蒸汽喷射泵的介绍
关于蒸汽喷射泵 1、水蒸汽喷射泵原理。 单级水蒸汽喷射泵结构如下图所示： 图一：单级水蒸汽喷射泵原理 水蒸汽喷射泵由蒸汽喷嘴及泵的外壳组成。蒸汽喷嘴固定在外壳前端。泵的外壳可分为被抽气体吸入端、蒸汽与被抽气体的混合段及收缩段、喉口部、扩张段组成。 蒸汽喷嘴是一个拉瓦尔喷头。在喷出口附近高压蒸汽以绝热膨胀而喷出，蒸汽的压力能转化为速度能而形成超音速蒸汽流，这一段被称为绝热膨胀段。 超音速蒸汽流在运动过程中吸附周围的气体分子，使这些分子加入到蒸汽流股中，流股的体积不断扩大，速度逐渐降低，因此这一段被称为混合段。 当气流进入壳体的收缩段后，由混合气体组成的流股体积被压缩，其速度能又转化为压力能而向扩张段排出。 这就是单级泵工作的原理。由此可见单级蒸汽喷射泵以高压水蒸汽为能源介质，将低压（P1）的被抽气体和蒸汽混合成压力较高（P2）
的气体而一起排出。喷射泵排出气体压力（P2）及吸入端被抽气体的压力（P1）之比，就称为该泵的压缩比。 K＝P2/P1 压缩比越大，所需的能量越多即蒸汽消耗越高。目前水蒸气喷射泵的压缩比通常小于8。当压缩比大于10时，蒸汽消耗急剧增高。压缩比达到12时，单级泵的能力已趋于极限。 2、多级水蒸汽喷射泵的组成及其工作原理 由于单级泵压缩比有限，达不到真空冶金所需的0.5Torr，所以需要多级泵串联起来，逐级压缩，这就形成了蒸汽喷射泵系统。下图是五级泵系统图： 五级泵由前三级增压泵（S1，S2，S3）冷凝器C1及以后的二级喷射泵S4a，S4b，S5a，S5b及二个冷凝器C2，C3构成。 被抽气体经第一级增压泵S1向第二级增压泵S2前端排出。S1的负荷就是来自真空室的被抽气体。而S2的负荷则包括来自真空室的气体及由S1喷出的蒸汽。因此，S2的负荷比S1大得多。同理，S3的负荷是S2的负荷加上来自S2的蒸汽。 为了减轻后面二级泵的负荷，在S3后设一冷凝器C1。通过C1喷水，将S1，S2，S3的蒸汽冷凝，同时使被抽气体温度降低。这样，
ZS型蒸汽喷射器性能曲线图
【ZS型蒸汽喷射器】性能曲线图： 怎样选择水泵？ 建议从五个方面加以考虑，既液体输送量、扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等。 1、流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。如设计工艺能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。 2、扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%—10%余量后扬程来选型。 3、液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度c、密度d、粘度u，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型：化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。 4、管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一
些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系梳扬程计算和汽蚀余量的校核。 5、操作条件的内容很多，如液体的操作T饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS（绝对）、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。 选购方法 水泵的流量，即出水量，一般不宜选得过大，否则会增加购买水泵的费用。应按需选用，如用户家庭使用的自吸式水泵，流量应尽量选小一些的；如用户灌溉用的潜水泵，就可适当选择流量大一些的。 1）要因地制宜选购水泵。例如：农用水泵有3种类型，即离心泵、轴流泵水泵和混流泵。离心泵扬程较高，但出水量不大，适用于山区和井灌区；轴流泵出水量较大，但扬程不太高，适用于平原地区使用；混流泵的出水量和扬程介于离心泵和轴流泵之间，适用于平原和丘陵地区使用。用户要根据地的地况、水源和提水高度进行选购。 2）要适当超标选水泵。确定水泵类型后，要考虑其经济性能，特别要注意水泵的扬程和流量及其配套动力的选择。必须注意，水泵标牌上注明的扬程(总扬程)与使用时的出水扬程(实际扬程)是有差别的，这是由于水流通过输水管和管路附近时会有一定的阻力损失。所以，实际扬程一般要比总扬程低10%—20%，出水量也相应减少。因此，实际使用时，只能按标牌所注扬程和流量的80%～90%估算，水泵配套动力的选择，可按标牌上注明的功率选择，为了使水泵启动迅速和使用安，动力机的功率也可略大于水泵所需功率，一般高出10%左右为宜；如果已有动力，选购水泵时，则可按动力机的功率选购与之相配套的水泵。 3）要严格手续购水泵。 台数选择
车流量仿真分析-Flotran CFD
2006年用户年会论文 基于ANSYS流体动力学的车流量仿真分析1 [刘长虹，郑杰,朱晓华，张海波，黄虎，陈力华] [上海工程技术大学汽车工程学院，上海，201600] [ 摘要 ] 将交通流比拟为管道流体模型并且利用有限元分析软件ANSYS中的FLOTRAN CFD流体分析模块对隧道口交通流进行比拟及仿真，得出相应交通流量模型和车辆流动模拟图。并对不同车速下 交叉道口的通行能力进行模拟，确定出最佳车速比。且对不同入口形状进行车流通畅度的 ANSYA软件比较模拟，通过模拟直观的展示出不同道路入口形状对车流和道路的影响。最后对 高峰路段路口设计提出有关建议。 [ 关键词]交通流，交通流模型，ANSYS，模拟 Simulating to Traffic Flux By the ANSYS Fluid Dynamic Analysis [Liu Changhong, Zheng Jie, Zhu Xiaohua, Zhang Haibo, Huang Hu, Chen Lihua] [Automobile College Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201600] [Abstract ] Firstly, based on the fluid dynamic mechanics of channel, a traffic flow model is built. Secondly, the traffic flow model on cross road is simulated with the finite element method software (ANSYS). Then according to the calculating results, the simulating traffic ability at the entrance of the roadl in different speed and the different entrance figures are calculated directly. Finally, some suggestions of designing the heavy road are given. [ Keyword ] traffic flow, traffic flow simulation, ANSYS, Simulation. 1.前言 当前，社会经济的迅速发展与交通建设的相对滞后，已经构成非常突出的世界性矛盾，在发展中国家尤其突出。在我国许多大城市中，交通堵塞，事故频繁，成了众所周知的“都市顽症”。以上海市为例，上世纪九十年代的资料表明，在交通高峰期，市中心机动车平均车速不到15km/h，最低的车速仅仅为4km/h，即低于正常的步行速度。解决这个矛盾的一个重要办法是大力进行市政交通建设，实现交通的立体化，现代化。同时还要保证建设道路的合理性。交通流理论是解决这类方法的一种理论方法[1,2]，其中有根据流体动力学理 1上海市教委基金项目(041NE31)和上海市科委基金项目(04QMX1452)资助
室内气流组织数值模拟与舒适度分析
室内气流组织数值模拟与舒适度分析 摘要：分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的室内空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟，并对其结 果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。 结果表明，分层空调和置换通风是室内中较好的气流组织方式。 关键词：室内；气流组织；速度场；温度场；数值模拟；热舒适 引言 传统空调系统的气流组织是以送风射流为基础的，通过反复迭代检查温度和 速度。最后，找到合理的回风方案和参数。空调房间内的供气射流大多是多个非 等温湍流射流，一般设计方法是基于单股等温紊流射流的规律，射流约束修正系数、射流重合度和非等温射流的修正系数。介绍。这种方法忽略了很多其他因素，如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等，因此必然有一定的误差，在某些 情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于空间空调系统的气流组织设计，是不合适的。 空间空调系统的气流设计没有成熟的理论和实验结论。主要研究方法是将气 流的数值分析与模型相结合。由于气流的数值分析涉及到各种可能的内部扰动、 边界条件和初始条件，所以可以完全反映房间内的气流分布，从而确定气流的最 佳方案。 1室内空气流动的有限元数值模拟 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动，直接模拟尚不现实。在 解决实际问题时，需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设： 1）室内空气为低速不可压缩气体，且符合 Boussinesq 假设； 2）室内空气流动为准稳态湍流流动； 3）忽略能量方程中粘性效应引起的能量耗散。 2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.1研宄对象 本文的研宄对象为有内热源、尺寸为12 mX &4 mX5.0 m（长X宽X高）的长 方体建筑模型（如图1所示），风口设在外墙侧。人员和设备由于不断放出热量，对室内气流分布特性有重要影响，将其视作内热源处理。内热源模型为0.4 mX 1.2 mX 1.3 m（长X宽X高）的长方体。在内热源模型内部不求解控制方程，把它的内表面视作速度为0的壁面。考虑模型的对称性，取一个空调送风单元（3 mX 4.2 mX 5.0 m）进行模拟计算分析。本文主要讨论0.1 m和1.1m高度的情况，这 两个平面之间的区域可以代表工作区。 2.2边界条件的处理 室内温度设定为（26±2）°C，内墙的温度设定为26°C，外墙为26.5屋顶为26°C。人体和设备的发热功率之和为600 W。本文应用有限元的非统一网格，在 人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密，在壁面附近采用壁面函 数法。非线性方程组由FIDAP（流体力学有限元软件包）的求解器通过迭代求解。 2.3常用送回风方式下室内气流组织模拟及气流分布特性评价
水蒸汽喷射真空泵样式及组成
水蒸汽喷射真空泵样式及组成
水蒸汽喷射真空泵样式及组成 一、序言 水蒸汽喷射真空泵有单级泵和多级泵之分,以适应用户的不同需要。一般,真空度(残压)大于100mmHg(Torr)的，使用单级泵就够了，否则就要使用多级泵。 在多级泵中，前一级泵排出的混合气体，将成为下一级的负荷。为了减少这一负荷，可在这两段喷射器之间设置冷凝器，以冷凝可凝性气体，特别是工作蒸汽。 基于冷却机理的不同，冷凝器可分为混合直冷式和列管间冷式。而混合直冷式冷凝器又可分为（强制膜）喷淋式和分水盘（筛板式）等不同形式。 基于冷却水温的限制（一般在25～35℃）。在第三级喷射器之前不宜（或不能）设置冷凝器，除非用低温水（10℃以下）。 二、单级蒸汽喷射泵（恒背压喷射器） 单级蒸汽喷射泵的工作真空度（残压）一般在100mmHg(Torr)至760mmHg(Torr)之间，极限真空度（残压）可达到75 mmHg（Torr），排出压力为760 mmHg(Torr)。 单级喷射泵的结构如下图： 单级泵是排出背压为一个绝对大气压的恒背压喷射器。 三、两级蒸汽喷射泵 顾明思义，两级蒸汽喷射泵是由两个蒸汽喷射器所组成。其中，第一级蒸汽喷射器为恒背压喷射器。 两级蒸汽喷射泵的工作真空度（残压）区间一般为30mmHg(Torr)～100mmHg(Torr),极限真空度可达到5mmHg(Torr)～20mmHg(Torr)。 两级蒸汽喷射泵有以下二种结构： 1.直接串联结构： 这一型式适用于被抽气体和喷射器需保持高温的场合，但能耗较高，喷射泵工作效率太低。 2.间接串联结构：
图一、图二所示的两个喷射器中间分别插入了混合直冷式和列管间冷式冷凝器，其作用为冷却第二级喷射器的工作蒸汽，从而提高第一级喷射器的工作效率，节省工作蒸汽。 四、三级蒸汽喷射泵 三级蒸汽喷射泵由三个蒸汽喷射器组成。其第一级蒸汽喷射器也是恒背压喷射器。 三级蒸汽喷射泵的工作真空度（残压）区间一般为：5mmHg～30mmHg(Torr)，极限真空度可达到2mmHg。 常用三级蒸汽喷射泵有以下二种结构： 1. 第二、第三级直接串联： 这一结构常被用于被抽气体中不凝性气体较大，而可凝性气体较小的场合。图三、图四中采用的中间冷凝器分别为混合直冷式和列管间冷式。 2. 间接串联结构：
蒸汽喷射泵工作原理
蒸汽喷射泵工作原理图 蒸气经节流嘴节流后,速度升高压力降低,在喷嘴处形成低压区,产生吸力带动介质流动. 蒸汽喷射泵有一定压强的工作蒸汽通过拉瓦尔喷咀，减压增速（蒸汽的势能转变为动能）以超音速喷入混合室，与被抽介质混合，进行能量交换，混合后的气体进入扩压器，减速增压（动通转化为压强能），为了减少后级泵的抽气负荷，配置冷凝器，通过有一定温差的两种介质对流，进行热交换，达到冷凝高温介质目的，排到大气压。(原理见下图） 要了解原理最好先看看喷嘴结构！ 喷射器的结构示意和工作原理。
喷射泵是由工作喷咀和扩压器及混合室相联而组成。工作喷咀和扩压器这两个部件组成了一条断面变化的特殊气流管道。气流通过喷咀可将压力能转变为动能。工作蒸汽压强P0和泵的出口压强P4之间的压力差，使工作蒸汽在管道中流动。 在这个特殊的管道中，蒸汽经过喷咀的出口到扩压器入口之间的这个区域(混合室)，由于蒸汽流处于高速而出现一个负压区。此处的负压要比工作蒸汽压强P0和反压强P4低得多。此时，被抽气体吸进混合室，工作蒸汽和被抽气体相互混合并进行能量交换，把工作蒸汽由压力能转变来的动能传给被抽气体，混合气流在扩压器扩张段某断面产生正激波(如图1中3'断面)，波后的混合气流速度降为亚音速ω'3，混合气流的压力升为P'3。亚音速的气流在扩压器的渐扩段流动时是降速增压的。混合气流在扩压器出口处，压力增至P4，速度降为ω4。故喷射泵也是一台气体压缩机。
多级泵单级喷射泵的压缩比(即排气压力与进气压力之比)一般不超过10﹐为了获得更低的极限压力﹐就要采用多级泵。表喷射泵的性能为不同级数喷射泵的性能。多级泵的每级喷射器所喷射出的混合气体为被抽气体与工作蒸汽的混合物﹐除末级排入大气外﹐都被后一级抽除﹐这就会增加后一级的负载或使泵的工作性能变坏。因此﹐多级泵常在两级喷射器间安装中间凝汽器﹐使混合气体中大部分可凝气体冷凝。若被抽气体中含有大量可凝性气体﹐而其分压又远高于凝汽器进水温度下的饱和蒸汽压﹐则在第一级入口处安装一级凝汽器。为回收末级混合气体的余热和消除气流噪声﹐可安装末级凝汽器。凝汽器的结构有混合式﹑表面式和喷射式等﹐设计时可按不同情况和要求选用。 对于工作压力低于700帕的喷射器﹐因蒸汽膨胀比大(喷嘴入口处与出口处的蒸汽压力比)﹐出口处温度低于0℃﹐为了防止结霜﹐必须在扩散器收缩段上设置加热套。带有混合式凝汽器的喷射泵安装高度在11米以上﹐目的是使凝汽器的回水能够靠自重排出泵外并保持泵的密封。这种泵称为高架式真空泵。为了降低土建投资﹐用水泵抽出回水可以降低安装高度﹐这种泵称为低架式真空泵。低架式泵的可靠性受水泵影响﹐而且﹐维修费用增加﹐故一般不采用。 工作蒸汽的选用使用压力高的水蒸汽可获得大的膨胀比﹐喷射器有较高的引射系数(被抽气体与工作蒸汽的重量比)﹐可减少泵的蒸汽耗量和冷却水。但压力高于1.2兆帕时效果即不明显﹐而且还会增加生产蒸汽的费用。通常选用0.4～1兆帕的蒸汽﹐低到0.25兆帕的蒸汽也可使用。在高真空工作的喷射器工作压力低于100帕时﹐若用这么高压力的蒸汽﹐要实现排气作用﹐蒸汽膨胀比就要很大﹐而且难以实现﹐为此往往要选择压力较低(0.05～0.1兆帕)的蒸汽。使用湿蒸汽泵的性能不稳定﹐一般选用干饱和蒸汽或过热蒸汽
大空间建筑室内气流组织数值模拟与舒适性分析
大空间建筑室内气流组织数值模拟与舒适性分析 发表时间：2019-04-30T10:40:18.810Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：王雷谢恩 [导读] 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。 中建三局第一建设工程有限责任公司湖北武汉 430040 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。结果表明,分层空调和置换通风是大空间建筑中较好的气流组织方式。 关键词：大空间建筑；气流组织；速度场；温度场；数值模拟 引言 常规空调系统气流组织的设计是以送风射流为基础,通过反复迭代对温度和速度进行校核,最后找到合理的送回风方案和参数。空调房间的送风射流大多属于多股非等温受限湍流射流,而一般的设计方法是在单股等温湍流送风射流规律的基础上,引入射流受限、射流重合和非等温射流修正系数,这种方法忽略了很多其他因素,如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等,因此必然有一定的误差,在某些情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于高大空间空调系统的气流组织设计,是不合适的。对于高大空间空调系统的气流组织设计,目前尚无成熟的理论和实验结论,主要研究手段是将气流数值分析和模型相结合。由于气流数值分析涉及室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件,因此能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于确定最优的气流组织方案。 1大空间气流组织的研究意义 对于现代的工艺空调车间，不但要满足工艺方面的要求，而且还要营造良好的室内人工环境。在生产过程中必须保证生产工艺所要求的温度、风速、湿度，为生产提供条件，同时也要求提供合适的新风量，保证一定的洁净度和噪声标准，为工作人员提供良好的工作环境。在各类工艺空调建筑内，空气调节是实现这些人工环境的最佳手段。在大空间空调中，经过处理的空气由送风口进入，与室内空气进行热湿交换，经过回风口排出。空气的进入与排出，必然引起室内空气的流动，而不同的空气流动状况有不同的空调效果，合理组织室内空气的流动，使室内空气的温度、湿度、流动速度等能更好地满足工艺要求，符合人们的舒适感觉。由此可见，大空间气流组织直接影响室内的空调效果，是关系到工作区的温湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及洁净度和人们舒适感觉的重要因素，是空气调节的重要环节，对其进行研究己口渐成为一项重要的课题。 2大空间建筑室内气流组织有限元法数值模拟 2.1物理模型假设 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动,直接模拟尚不现实。在解决实际问题时,需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设:1)室内空气为低速不可压缩气体,且符合Boussinesq假设;2)室内空气流动为准稳态湍流流动;3)忽略能量方程中由于黏性作用引起的能量耗散。4）控制方程求解与罚函数的采用应用K-ε两方程模型模拟湍流,加上连续性方程、动量方程、能量方程组成控制方程组。方程组中空气密度ρ=1.1941kg/m3,黏度μ=1.81×10-5Pas,6个经验系数的取值如下:Cμ=0.09,C1=1.44,C2=1.92,σT=0.9～ 1.0,σK=1.0,σε=1.3。对流场控制方程用有限元法求解。为防止病态方程组出现,本文采用罚函数法。罚函数模型是压力速度模型的变形形式,把连续方程作为罚函数约束导入动量方程从而消去压力项,得到只有速度项的动量方程,即令p=-λp(v)(1)式中λp是罚参数。在求解其他变量之前,将压力从全部未知量中消去,这将减少求解未知量的数目。压力在其他变量求出后重新求得。 2.2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.2.1下送风方式(置换通风)室内气流组织模拟 置换通风气流组织的影响因素很多,例如热源的大小和位置、送风温度以及障碍物的高度和位置等。由于长方体内热源模型的假设不能很好反映置换通风的流动特点,所以在此将内热源简化为一个处于房间底部正中间的面积为0.4m×0.4m的面热源,热源温度为40℃。为了模拟热源气流的上升,假设送风速度为0.3m/s,考虑冷气流的特点,假定地面温度为22℃,其余边界条件与前文相同。置换通风的送风温差一般为2～4℃,本文取4℃,则送风温度为22℃,送风速度为0.25m/s,送风口尺寸为1.0m×0.5m。尺寸为1.0m×0.5m的回风口布置在屋顶靠近置换装置的一侧,回风速度为0.35m/s。模拟显示z=0.1m断面上平均温度为22.66℃,平均速度为0.025m/s。 2.2.2边界条件的处理 室内温度设定为(26±2)℃,内墙的温度设定为26℃,外墙为26.5℃,屋顶为26℃。人体和设备的发热功率之和为600W。本文应用有限元的非统一网格,在人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密,在壁面附近采用壁面函数法。非线性方程组由FIDAP(流体力学有限元软件包)的求解器通过迭代求解。 2.3五种送回风方式室内气流分布特性评价 对舒适性空调来说,评价标准不外乎舒适性和经济性两个方面,前者是对气流在工作区形成的温度场、速度场能否满足人员的卫生和舒适要求的评价,后者则考虑为消除工作区的余热,送风的耗冷量是否最低。对气流组织性能有多种评价指标,如温度不均匀系数kt,速度不均匀系数kv,符合给定条件测点比例数F,以及能量利用系数η等。 3送回风参数对地面附近温度场和速度场的影响 前面我们对子午胎车间在冬夏两季最不利情况下进行了气流组织模拟预测，并对其设计效果进行了评价，结果表明原来的设计将使车间内冬季温度偏高，夏季温度偏低，不利于节能。这一章中我们将对夏季最不利工况进行研究，模拟预测子午胎车间在不同送风参数和回风口高度下的温度场和速度场，对比分析找出最佳送风参数和回风口高度，力图得出同类大空间车间的设计规律。 4结论 从流场情况看,上送风的几种形式中,百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调有相似的气流流动规律,但分层空调较为节能;喷口送风工作区平均温度、速度均较低,垂直温差、不均匀系数均较小,能量利用系数较大;散流器顶送下回方式气流在整个空间的分布较均匀,可较好地减少内热源对周围环境的热影响(z=1.1m平面上最高温度值比其他方式小),但其平均速度较大,在风口下部的人有吹风感;百叶
蒸汽喷射器的工作原理
蒸汽喷射器的工作原理 蒸汽喷射器是采用蒸汽作为工作流体进行操作的一种喷射器，尽管各种特定用途的蒸汽喷射器寻求的目的各异(如蒸汽喷射真空泵要求特定引射压力下的喷射系数达到最大，或要求特定引射介质流量情况下引射真空度达到最小;而蒸汽喷射式热泵则要求特定操作压力或工作负荷下所能达到的压缩比最大)，然而其基本工作原理都是一样的，即:工作蒸汽在拉伐尔喷嘴中加速形成超音速射流，而引射流体则由于与工作蒸汽间的剪切作用被卷吸至混合室，而后逐渐形成单一均匀的混合流体，经过一扩散段减速压缩到一定的背压后排出喷射器。 蒸汽喷射器主要由蒸汽喷嘴(Steam Nozzle)、吸入室(Suction Chamber)和扩散管(Diffuser)等三个部分组成，其中扩散管又可分为混合段(Mixing Section)、第二喉管段(Throat Section)及扩散段但iffuser Section)等三部分。压力较高的工作流体 (Primary Fluid, Motive Fluid)通过喷嘴将压力能转换为动能，形成超音速射流，被抽流体(Secondary Fluid, Entrained Fluid)由于与工作流体之间极强的剪切作用而被引射入吸入室。射流边界层的紊流扩散作用使得两股流体发生质量(某些情况下存在)、动量及能量交换，于是工作流体的速度不断减少，而被抽介质的速度不断增大，并在混合段某一截面处渐趋一致，从而形成一股单一均匀的混合流体 (Compressed Fluid, Mixed Fluid)。在扩散段中的动能转化成压能，混合流体减速增压至一定的背压后排出喷射泵。在喷射泵中，流体可能由于要适应高背压的要求而产生激波，其波阵面可能位于第二喉管及扩散段中的任一截
蒸汽喷射器基本原理
蒸汽喷射器的基本原理 蒸汽喷射器提供了——种制备真空的可靠而经 济的方法，蒸汽喷射器的主要优点是售价低、没 有运动部件而且操作简便。常规的蒸汽喷射器由四 个部分组成：蒸汽腔、单个或多个喷嘴、混合室 和扩散器组成。蒸汽喷射器的基本操作如图所示： 动力蒸汽由1进入，通过喷嘴膨胀后至2，工艺 气体由3被吸入与动力蒸汽在混合室4中混合，混 合后的气体在扩散器中被压缩至喷射器出口5。 克罗尔一雷诺兹独特的喷射器设计技术代表了近—个世纪的技术创新 喷射器材质 喷射器的常用材质是碳钢、铸铁和不锈钢。但由于喷射器应用的广泛性和处理工艺气体的千差 万别，喷射器也经常采用其它材质。我们设计制造了铸铁、碳钢、不锈钢、钛材、蒙内尔合金、哈 氏合金、聚四氟乙烯、碳钢内衬石墨、内衬橡胶、陶瓷以及玻璃纤维增强塑料等其它材质的喷射器 。 多级喷射器 单级喷射器用于制备从大气压力到76毫米汞柱绝对气压的真空。76毫米汞柱以下绝对压力真空 可以用多级喷射器制备。多级系统一般包括大气冷凝器或管壳式中间冷凝器以减少动力蒸汽的需求 ，在—定条件下冷凝液还可被回收利用。 克罗尔一雷诺兹的多级喷射系统是根据最佳性能和最低耗能的要求为客户定制的。可以处理各 种工艺气体，包括空气、水蒸汽、氯化氢、丁烷、二氧化硫、乙二醇以及众多的其他有机和无机物 蒸汽。根据工艺条件，喷射器可以采用防腐蚀材质。 大多数喷射器是采用水蒸汽作为动力，但为保持工艺气体不受污染，也可采用与工艺气体相容 的蒸汽作为动力流体。 克罗尔一雷诺兹提供完整的、装配在一起的，包括喷射器、冷凝器、中间连接管道、检测仪表 和电子控制在内全套喷射器系统给客户。