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空气放大器内部流场数值模拟研究
史诺',鲁剑啸2,刘琼
1.杨凌职业技术学院机电工程分院,陕西杨凌712100;2.延安大学化学与化工学院,陕西延安716000;
3.杨凌职业技术学院信息工程分院,映西杨凌712100)
Numerical Simulation of Internal Flow Field of the Air Amplifier
SHI Nuo, LU Jianxiao?, LIU Qi
(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Yangling Vocational and Technical College, Yangling 712100, China
2. College of Chemical Engineering, Yan'an University, Yan'an 716000, China;
3. College of Information Engineering, Yangling Vocational and Technical College, Yangling 712100, China
摘要:在阐述空气放大器的工作原理及结构特
点的基础上,应用计算流体力学软件 FLUENT糗1工作原理
拟了内部流场,不仅能够清晰观察到射流附壁效
压缩空气经进口流人环形腔后,从喷嘴中高速
应,而且能够计算出引射空气的质量流量。
喷射出来,由于倾斜侧壁与射流方向中心线呈一定
关键词:空气放大器;射流附壁; FLUENT;数的角度,在射流附壁效应的作用下,这股初级气流
值模拟
附着在侧壁的表面流动,于是在空腔中心形成低压
中图分类号:TH47
区,常压空气从进风口被大量吸人后与初级气流汇
文献标识码:A
合形成高速、高容量的气流从出风口流出。空气放
文章编号:1001-2257(2015)04-0008-03
大器内部流场复杂,根据射流理论,有限空间的固
Abstract: Based on operational principles and壁限制了射流的扩散和卷吸,壁面的干涉导致了射
structural features of air amplifier, computational流两侧的压力损失不平衡,射流发生偏转,形成附
fluid dynamics software FLUENT was applied to壁现象?。压缩空气喷嘴处的流道结构,关系着
simulate the internal flow field. The result shows整个空气放大器的工作效率和有效性,喷嘴宽度、
that not only can jet Coanda effect be clearly ob-侧壁倾角的设计及选取直接影响到射流附壁效应,
served, but the mass flow rate of air ejector can al--从而影响整体的出风量?。
so be calculated
空气放大器一般采用环形喷嘴是产生压力损
Key words. air amplifier; et Coanda,FLU-失最主要的位置,可形成稳定的射流。喷嘴的
ENT: numerical simulation
宽度是基准参数,按照其是否可调节,空气放大器
分为固定式与可调式。喷嘴宽度应根据射流基础
理论与实验综合确定,一般情况下,宽度的取值范
0引言
围为0.05~0.1mm。侧壁倾角指的是倾斜側壁与
空气放大器是一种采用压缩空气作为动力的空气放大器中心轴线之间的夹角,它直接影响到射
气动元件,主要用于通风领域,可有效驱散或收集流的流动状态和压力梯度。侧壁倾角的设计原则
ェ业的废气、烟雾及细小颗粒,显著改善悪劣的生是既要有利于流体的径向流动,又要滅少能量损
产环境。除此之外,由于空气放大器良好的空气引失,这样才能避免射流与壁面脱离,根据自由射流
射能力,引流了大量环境空气,在电子零部件、焊接理论及设计经验,侧壁倾角的取值范围为10°~12°。
件和热封件的冷却降温中也得到了良好应用。
2数值模拟过程
收稿日期:2014-12-26
2.1模型建立及网格划分
金项目:杨凌职业技术学院科学研究基金资助项目(A2013036)
选取市面上某品牌的空气放大器进行逆向建
《机械与电子》2015(4
空气放大器内部流场数值模拟研究
设的与研究
模,在Pro/E软件中建立売体模型,保存为STP格
为通用变量;F为广义扩散系数;S为广义
式,导入 GAMBIT中进行处理成为流体模型。由源项。
于模型完全对称,为了减小计算量,采用1/2模型进
行分析。网格的质量对于仿真结果的影响很大,由
计算及结果分析
于流场结构复杂,无法生成统一的贴体结构网格,
设置运算精度为10×10-8,迭代最大次数为
所以采用分块技术,将计算区域分为压缩空气区300次,设置完毕后进行求解。全程监测迭代过
域、常压空气区域以及射流抽吸区域,采用T-Grid程,求解完毕后进行后处理得到可视化结果,以获
类型进行网格划分,在比较规则的几何体内分别生得对流场状态的直观认识。
成结构网格。压缩空气区域、常压空气区域采用
分析空气放大器内部的速度分布(图2)及湍流
Hex/ Wedge网格形式,射流抽吸区域采用Tet/Hy强度分布(图3),可以得出以下几点结论
bird网格形式,网格间距根据模型大小与计算机性
a.在常压空气区域及射流抽吸区域内,流场呈
能综合决定,设置为0.5,几何模型划分网格的结果对称分布。在射流抽吸区域,可明显看到附壁效应。
如图1所示。
b.在整个流场中,喷嘴处的流体流速是最大
的,而且附壁面上的射流速度相对于周围流体大很
多,由 Bernoulli方程可得,附壁面上的射流速度大
则压强小,而周围流体速度小则压强大,压差使得
流体附壁。从喷嘴沿着出风口方向,随着附壁面上
射流速度的降低,射流也逐渐的脱离壁面,导致空
图1几何模型网格划分
气放大器的抽吸能力不断下降,具体表现为流场中
2.2边界条件
心区域被引射的流体速度不断降低。
对于空气放大器内部流场的数值模拟,边界条
C.湍流可使附壁层的厚度增加,不容易发生流
件包括2个进口和1个出口。压缩空气进口设置为体脱离壁面的现象。从湍流强度的分布图看出,
质量流量进口,假设压缩空气的绝对压力为0.2喷嘴处是湍流强度最大的位置,随着湍流强度的减
MPa,体积流量为0.4m3/min,换算可得压缩空气弱,越来越不利于射流附壁,附壁层逐渐脱离壁面
的质量流量为0.008kg/s。进风口设置为压力进
进风口质量流量和出风口质量流量分别为
口,进口压力为101325Pa,假设进口流速为35m/0.10310180kg/s,0.1111018069kg/s,可以得出
s,则动压为735Pa,静压为100590Pa。出风口设采用上述条件下的压缩空气作为动力源,空气放大
置为压力出口,出口压力设置为常压101325Pa。器的引射比为1:12.89。而此型号的空气放大器
耦合面默认为 INTERIOR,其余表面及静止的面默的设计引射比为1:12,数值模拟计算的误差为
认为WAL。
7.42%,在工程实际中此误差是可接受,说明利用
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