蒸汽喷射器射流场流动模型研究综述.pdf

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第37卷第2期
石油化工设备
Vol 37 No.2
2008年3月
PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
ar
技术综述
ーーいー
文章编号:1000-7466(2008)02-0043-05
蒸汽喷射噐射流场流动模型硏究缐述
谢玉健,洪厚胜
(南京工业大学制药与生命科学学院,江苏南京210009)
摘要:综述了3种不同维数的喷射器射流场流动模型的研究工作,分析了3种模型各自的特点后
指出,一维模型的建立主要基于定压混合理论或定常面积混合理论;二维偏後分方程模型建立后基
于差分法等数值算法进行求解。随着网格技术和计算方法的提高,三维粘性射流场中激波和湍流
的数值模拟发展迅速。
关键词:蒸汽喷射器;射流场;模型;计算流体力学
中图分类号:TQ024
文献标志码
Advances in Models Research on Flow in Steam Eiector
XIE Yu-jian, HONG Hou-sheng
(College of Life Science and Pharmaceutical Engineering, Nanjing University
of Technology, Nanjing 210009, China)
Abstract: The research work on the models of the flow in steam ejector is reviewed and summa
rized with 48 references, The characteristics of the models are analyzed: 1-D model is based on the
theory that the mixing process is completed in a constant area or under a constant pressure 2-D
P DE model is solved by FDM. As the grid computing and calculate technology developed, the
researches of simulations on the shock waves and turbulence in the 3-D viscous flow are becoming
hotter
Key words: steam ejector, ejector flow; model; computational fluid dynamics
喷射器是一种利用射流素动扩散作用来传递能体间的剪切力来带动流体向前流动,激波系和边界
量和质量的混合反应设备。蒸汽喷射器是以蒸汽为层的交互作用起着非常重要的作用。其结构参数和
工作流体的一种特殊喷射器归,它通过引射残余空操作参数对蒸汽喷射器的操作性能影响极大[,。
气、二次蒸汽等气体可以实现抽吸真空、余热利用、传统的一维流动模型及手工计算方法在处理复杂条
制冷以及输运流体等目的。因其具有结构简单、加件下几何尺寸与操作工况对喷射器性能的影响时,
工容易、成本较低、工作可靠、安装维护方便及密封不仅有一定困难而且不太准确。因而,研究和改进
性好等优点在石油化工、医药、治金、油脂等行业中已有的一维、二维和三维模型,并使用计算机对一定
得到了广泛的应用2]。
尺寸和操作条件的喷射器进行数值求解,提供更为
与一般的流体输送设备采用叶片的正应力来提准确的流场分析倌息,对应用于各个行业复杂条件
高流体压力的方法不同,蒸汽喷射器是采用两股流的蒸汽喷射器的设计十分重要[。
收稿日期:2007-09-2
作简介;谢玉健(1985-),男,江苏南京人,硕士研究生,主要从事计算流体力学在生物加工过程中的应用研究
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2008年第37卷
1一维流动模型
器内会发生壅塞现象这一设计要点, Huang等人将
有效面积与喷嘴面积的比值表达成3个特征参量的
在19世纪末,德国的 Zeuner- Rankin首先使用函数(3个特征参量为第2喉管与喷嘴面积比、工作
空气动力学方法对蒸汽喷射器内的混合流体使用动与引射流体压力比和极限背压与引射压力比)。并
量方程进行了喷射器理论的研究。运用空气动力在15台R141制冷喷射器实验中得出了用于计算
学方法对喷射器进行一维设计的主要困难在于对混喷射系数的经验系数2。
合过程的动量方程ΣF=AdP=G,(1-x)ひ
对一维模型公式的发展和丰富也有很多研究工
作。 Emanuel基于 Ravleigh- Pitot公式提出一种简
G,ve-Giam提出一个合理的解析解。为此,化模型,将总压与静压的比值表述成波前马赫数和
Keenan和 Neurnan两人合作先后提出了定常面积比热比的形式,以此来计算压编比。Rice和
混合理论和等压混合理论。前一理论认为混合过 Dandachi将喷射系数x表达成p,/pn(pn为引射截
程是在截面积不变的情况下完成的,后一理论则认面床力,かn为エ作截面压力)和/pn(pc混合出
为混合过程是一个近似的等压过程。他们还设定工ロ截面压力)的函数,通过与实验数据拟合获得系
作流体和混合流体具有相同的分子量和比热容等理数,以此来计算工作流体消耗量。Ady等人则
想条件,推导出喷射器几何形状优化公式。LS将扩散段单独考虑,通过拟合修正来获得整个喷射
Farris等对等压混合理论中工作流体和引射流体器的性能数据2-。Dun和Carl设计了一台用
开始混合的压力进行定义?认为混合定压应等于引于回收儲油罐泄漏天然气的喷射器,并采用Ady
射流体达到声速时的临界压力的。
的分析方法确定了一定压缩比和喷射系数下工作流
Keenan为了使问题简化做了不少理想设定,如体具有最小滞止压力的设计方案。
两股流体具有相同的分子量和比热容,为了使理论
深化,研究者们试图将这些因素添加进一维理论的
二维流动模型
方程。Work、 Tieadrich和 Tolton等人考虑了被
从二维的角度对喷射器射流场内的物理事件给
Keenan忽略的流体分子量因素,他们的实验分别表予解释.用微分法建立模型可以得到二维喷射器射
明流体的分子量对喷射系数影响很大"'。 Defrate流场流动的偏微分方程。但也可以通过简化三维模
和 Tioerl研究了不同位置比热容变化的影响并开发型得到二维模型。早期的研究通常采用给定的速度
个计算机程序确定分子量和温度对射器的影分布将偏微分方程转化为常微分方程,然后通过简
响"。 Francis和 Hoggarth试图考虑阻力的影响,单的积分方法来求解。求解二维流动模型的最初尝
提出了一个最优运行工况模型,但是由于该模型试是由Coff和 Coogan开始的,他们使用自由平面
中两股流体的人口滞止温度相同,限制了在工程实射流的理论分析引射和工作流体的混合过程2】
际中的应用。
郭金基对亚音速气体喷射器进行了大量的模型试
以热力学研究方法为出发点, Dotteweich和验,运用数理统计方法找出了速度幂函数曲线,得出
Mney建立了以流体焓值变化为基础的守恒方程了近似的速度分布模型并计算得到了自由射流東的
式?; Gupta和 Pandu根据 Power和 Ludwing的