fluent在超音速蒸汽噴射真空泵中的應(yīng)用

1、FLUENT在超音速蒸汽噴射真空泵中的應(yīng)用在超音速蒸汽噴射真空泵中的應(yīng)用徐海濤1桑芝富1卓震2(1.南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇南京，2100092.江蘇石油化工學(xué)院機(jī)械系，江蘇常州，213016)摘要：采用大型計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT對(duì)蒸汽噴射真空泵的超音速混合過程進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算并分析了第二喉管與工作蒸汽噴嘴喉管面積比、噴嘴出口截面與混合段入口截面間的距離及混合段的錐度等幾何參數(shù)對(duì)真空泵操作性能的影響。數(shù)值結(jié)果表明，

2、幾何參數(shù)的改變極大地影響著波系結(jié)構(gòu)，在一定的設(shè)計(jì)工況下，總存在一個(gè)最佳的面積比及一個(gè)最優(yōu)的相對(duì)位置對(duì)應(yīng)于最大的噴射系數(shù)，其在物理上的表現(xiàn)形式為通過工作蒸汽噴嘴所產(chǎn)生的激波系剛好能夠通過第二喉管。混合段的錐度在一定范圍內(nèi)對(duì)真空泵的性能無顯著影響，等壓混合理論較等面積混合理論具更優(yōu)的操作性能。關(guān)鍵詞：蒸汽噴射真空泵；超音速；噴射器；激波；幾何參數(shù)；操作性能CFDsimulationofthesupersonicsteamjetvacuump

3、umpXuHaitao1SangZhifu1ZhuoZhen2(1.SchoolofMechanicalEngineeringNanjingUniversityoftechnologyNanjing2100092.JiangsuInstituteofPetrochemicalTechnologyChangzhou213016)作為一種真空獲得設(shè)備，噴射器誕生于19世紀(jì)40年代，最初的設(shè)計(jì)方法都是以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的[1]。圖1為典型的噴射

4、器結(jié)構(gòu)簡圖。工作蒸汽在拉伐爾噴嘴中加速形成超音速射流，而引射流體則由于與工作蒸汽間的剪切作用被卷吸至混合室，而后逐漸形成單一均勻的混合流體，經(jīng)過一擴(kuò)散段減速壓縮到一定的背壓。在混合過程中激波系不斷和邊界層相互作用形成了極為復(fù)雜的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，再加上粘性干擾、分離渦、真實(shí)氣體效應(yīng)等物理現(xiàn)象使得噴射器的性能很難用一般的氣體動(dòng)力學(xué)理論解釋?，F(xiàn)有的超音速噴射器的設(shè)計(jì)理論大都沿用一維空氣動(dòng)力學(xué)的分析方法，其主要困難在于對(duì)混合過程的動(dòng)量守恒方程提出一種

5、合理的解析解：Keenan，Neumann[23]，Elrod[4]和Fabri[5]等人先后提出了兩種比較可行的計(jì)算方法，即定常面積混合理論和定壓混合理論。前者認(rèn)為工作流體和引射流體的混合過程是在截面積不變的情況下完成的(A=constant)，而后者則認(rèn)為兩股流體的混合近似為一種等壓過程(dP=0)。無論是一維定常面積混合理論還是一維定壓混合理論，其出發(fā)點(diǎn)都是一樣的，即在等壓混合或定常面積混合理論的基礎(chǔ)上，假設(shè)工作流體和引射流體具有

6、相同的分子量和比熱容，工作流體和引射流體以及混合后的流體在任意截面上具有均勻的物性分布，噴嘴和擴(kuò)散段內(nèi)都是等熵過程，不計(jì)壁面摩擦，也不考慮熱量損失，在理想氣體的基礎(chǔ)上，運(yùn)用質(zhì)量、動(dòng)量及能量守恒方程計(jì)算工作過程，推導(dǎo)出了最大噴射系數(shù)或最大壓縮壓力的噴射泵結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算公式。盡管后來有不少學(xué)者[611]對(duì)其進(jìn)行修正使其更接近于現(xiàn)實(shí)，然而現(xiàn)有的一維設(shè)計(jì)理論尚不能預(yù)測混合段所需的最短距離，也不能給出工作蒸汽噴嘴和混合室的最佳相對(duì)位置，以及能達(dá)到