文档介绍：FLUENT在超音速蒸汽喷射真空泵中的应用
徐海涛1, 桑芝富1, 卓震2
(1. 南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京,210009;
2. 江苏石油化工学院机械系,江苏常州,213016)
摘要:采用大型计算流体动力学软件FLUENT 对蒸汽喷射真空泵的超音速混合过程进行数值模拟。计算并分析了第二喉管与工作蒸汽喷嘴喉管面积比、喷嘴出口截面与混合段入口截面间的距离及混合段的锥度等几何参数对真空泵操作性能的影响。数值结果表明,几何参数的改变极大地影响着波系结构,在一定的设计工况下,总存在一个最佳的面积比及一个最优的相对位置对应于最大的喷射系数,其在物理上的表现形式为通过工作蒸汽喷嘴所产生的激波系刚好能够通过第二喉管。混合段的锥度在一定范围内对真空泵的性能无显著影响,等压混合理论较等面积混合理论具更优的操作性能。
关键词:蒸汽喷射真空泵;超音速;喷射器;激波;几何参数;操作性能
CFD simulation of the supersonic steam-jet vacuum pump
Xu Hai-tao1, Sang Zhi-fu1, Zhuo Zhen2
( of Mechanical Engineering, Nanjing University of technology, Nanjing 210009;
2. Jiangsu Institute of Petrochemical Technology, Changzhou 213016)
Abstract: The supersonic steam-jet ejector as a function of vacuum pump
was simulated using FLUENT. The
performance of steam-jet vacuum pump was investigated by changing the secondary to the primary throat area ratio, the relative position of the steam nozzle and the taper of the mixing section. These numerical results clearly indicate that when geometric parameters vary,the structure of shock also changes. There are optimum throat area ratio and ideal steam nozzle position for a given operating condition, which corresponds to the state that shock waves generating at the steam nozzle moves downstream and just passes the second throat. The taper of the mixing section has little effect on the performance of the ejector over a range and the constant-pressure mixing theory is better than constant-area one. Keywords: steam-jet vacuum pump; supersonic; ejector; shock wave; geometric parameters; performance
蒸汽喷射真空泵具有结构简单可靠、运转费用低廉、操作维修方便以及对被抽介质无严格要求等优点,因此被广泛应用于各个工业领域,尤其是在某些特殊生产工艺上,如真空蒸馏、真空脱气、真空结晶等。提高这种设备效率的途径在于使喷射器无论是压缩比(PC/PH)还是喷射系数(GH/GP)都达到最优。这就有必要重新审视传统的超音速蒸汽喷射器的设计方法。
作为一种真空获得设备,喷射器诞生于19 世纪40 年代,最初的设计方法都是以实验结果为依据的[1]。图1 为典型的喷射器结构简图。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。在混合过程中激波系不断和边界层相互作用形成了极为复杂的流动结构,再加上粘性干扰、分离涡、真实气体效应等物理现象使得喷射器的性能很难用一般的气体动力学理论解释。
现有的超音速喷射器的设计理论大都沿