冷却通道对引射器红外辐射特性影响的研究

为降低燃气轮机排气系统中的引射器排气温度,从而减少排出燃气的红外辐射强度,本文提出了一种具有冷却通道的亚音速引射器结构,并提出了评价冷却通道引射器的综合系数。在原有的引射器喷嘴内增加冷却通道,使冷气直接与主流中心位置的高温气体掺混,破坏排气包覆性分布,达到提高主流温度均匀性、降低中心温度的目的。本文运用数值模拟的方法,研究引射器内冷却通道数量、冷却通道进深和排气通道的排布对引射器内阻力特性、换热特性、出口温度分布特性的综合影响。研究结果表明:单排冷却通道排布时,通道数量与换热特性成正比,与阻力损失成反比;双排冷却通道排布时,阻力损失降低。双排12通道引射器可有效降低出流总温,均匀主流温度,综合系数最高。

基于CFD和响应面法的引射器优化设计

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)氢气引射器优化研究中优化精度低、忽视多结构耦合作用的问题,采用CFD和响应面法结合优化引射器结构参数。通过单因素仿真试验研究各结构对引射比的影响,在此基础上设计正交试验构建响应面分析多结构参数交互作用。研究结果表明:喷嘴距和等压混合室直径的响应p值小于0.05,存在耦合作用且对引射性能具有显著影响,通过响应面法优化后引射器最大引射比达到3.62,相比于单因素优化结果提升了25.69%并且预测模型误差仅为4.93%。

基于某地区天然气井工况下静态引射器参数优化研究

天然气是一种绿色清洁能源,在工业发展过程中十分重要。新开采的天然气井有压力高、耗散快的特点,如何实现利用高压压力井引射低压压力井的天然气至关重要。基于某地区天然气井的压力井特点,设计具有最高引射效率的静态引射器,并使用CFD方法模拟引射器内部流动状态。改变引射器的几个关键结构尺寸,即喉部半径r_(1)、喉部出口半径r_(2),混合室半径R,研究适合该工况条件下的最佳引射器结构尺寸。最终得出引射器喉部尺寸为5.41 mm,喉部出口半径为5.65 mm,混合室半径为12.24 mm时,引射器的引射效果最佳,引射效率可达108.68%。试验结果表明,该设备在设计条件下具有良好的性能,偏离设计条件时仍有较高好的引射率,具有一定的抗波动能力。

引射器真空度的设计与研究

为满足大型电解槽精准出铝、减少电解槽散热要求,需要提高引射器的真空度。本文参考了目前理论研究的最新结果并结合经验数据,设计出引射器的内部结构。根据减少动能损失而提高真空度的原理提出了调整压缩空气压力、喷嘴至收缩段的距离和喷嘴直径这三个主要参数值的方法,按此最佳参数值设计出的引射器经试验测试当进口压缩空气压力为0.65 MPa时,真空度最大达到-0.068 MPa。

气体膨胀比对引射器内流场影响的研究

气体膨胀比是影响引射器工作性能的关键参数,为研究气体膨胀比对引射器内部流场的影响,基于计算流体力学对不同气体膨胀比下的引射器数学模型进行了仿真计算,结果表明:气体膨胀比下降50%,喷嘴出口流速降低6%,扩张室出口压力下降32%;气体膨胀比增加100%,每日引射气体总量增加4%;气体膨胀比在4~6.66间引射气体流量增长率约为2%,气体膨胀比在6.66~9.33间引射气体流量增长率约为5%。

应用于新型环路热管的两相引射器数值模拟

环路热管是一种高效被动式相变传热装置,广泛应用于高热流电子器件散热等领域。前期研究发现将小型两相引射器与平板式环路热管耦合,可大幅提高传热性能。然而,小型两相引射器内部流动及传热机理尚不清晰,难以对新型环路热管进行正向设计与理论建模。通过数值模拟研究了汽水参数和混合腔结构对两相引射器性能及内部流场分布的影响。结果表明,喉部下游存在凝结激波,随着背压增加,其位置逐渐向喉部移动;其强度与背压、蒸汽产量、混合腔长度呈正相关,与水温呈负相关。引射器最大工作背压在40~125 kPa,与蒸汽产量和水温呈正相关,与混合腔长度呈负相关。通过大量模拟,得到了设计功率下水温和混合腔长度对引射器工作模式和压比的影响规律。

车用燃料电池引射器设计及测试评价方法研究

在研究开发车用燃料电池引射器时,湿氢流量监测困难、台架技术难度大、试验成本高,并且存在安全隐患和能源浪费问题。为此,在推导空气与氢气、空气与100%RH的氢在相同工作条件下的流量变化关系式的基础上,针对110 kW燃料电池,试制引射器进行空气和氢气测试,并结合数值仿真分析。结果发现:车用燃料电池引射器引射流体中水蒸气质量分数达到40%~50%;在相同工作条件下,空气与氢气的体积和质量流量分别等于其气体常数比值的平方根和比值倒数的平方根,其中空气与氢气的体积和质量流量之比分别为3.786和0.2641。工作、引射和混合流体质量流量的空气实测与仿真数据之间的平均相对误差分别为4.48%、4.54%和2.78%;空气实测数据经折算后与氢气测试数据相吻合,与湿氢的仿真数据平均偏差率分别为5.4%和6.11%;氢气测试数据经折算也与湿氢仿真数据相吻合。因此,空气测试数据经处理可以用于车用燃料电池引射器特性研究。

环缝式引射器关键结构尺寸对引射性能的影响研究

引射器可以利用高压天然气的压力能引射生产力较低的较低压天然气,达到增产的目的。通过计算流体动力学(CFD)方法研究了环缝式引射器的结构尺寸对引射性能的影响。结果表明,在环缝半径、环缝倾角和混合段半径长度不同的情况下,引射率为-59.84%~84.29%,即3个参数对引射性能具有很大影响。

基于响应面法的结构参数对引射器引射系数影响的仿真研究

为分析引射器引射系数的显著影响因素,建立以空气为介质的引射器二维可压缩流动数值模型,基于实验数据完成了引射器模型计算准确性的校核验证.采用D最优实验设计方法设计计算矩阵,基于最小二乘法构建二阶形式的引射系数响应面预测模型,并基于响应面预测模型开展了引射系数显著参数及参数交互作用的仿真分析.研究结果表明:引射系数预测值和计算值的吻合性证明了响应面预测模型的准确性;扩压段长度、混合段长度、混合段直径和喷嘴出口到混合段入口距离的交互、混合段直径和混合段长度的交互、混合段长度和扩压段扩散角的交互是引射器引射系数的关键影响因素,因其对引射系数影响的P值小于0.001;扩压段扩散角、喷嘴出口到混合段距离和扩压段长度的交互、混合段长度和喷嘴出口到混合段距离的交互对引射系数具有重要的影响,是引射系数影响的主要参数;在参数显著交互作用中,影响引射系数的显著因素是变化的,取决于显著交互作用双参数的取值范围.

基于引射器与集成机械过冷的CO_(2)热泵系统性能分析

为减少温室气体的排放并提升供暖系统性能,提出了基于引射器与集成机械过冷的跨临界CO_(2)热泵供暖系统(EJ-IMS),并构建热力学模型,以系统COP为目标函数,对过冷度和排气压力进行优化,并对系统在不同气候区典型城市使用的冬季供暖性能进行评估。结果表明:EJ-IMS系统存在最大COP、最优过冷度和排气压力。EJ-IMS系统的最优过冷度比集成机械过冷系统(IMS)低26.44%~39.21%,最优排气压力比基本系统(BASE)和带引射器系统(EJ)低0.27%~9.37%。相比3种常规系统,EJ-IMS系统的COP和[火用]效率分别提高6.09%~37.74%和6.75%~46.02%。EJ-IMS系统的供暖性能系数(HSPF)相对3种系统提高6.89%~29.61%,其更适用于严寒地区。可为高效CO_(2)供暖系统的构建提供理论参考。

适用于天然气发动机高EGR率的引射器仿真研究

针对发动机抑制爆震的难题,提出采用无功耗的引射器实现天然气发动机高废气再循环(EGR)率的技术方案.首先,完成设计工况下的引射器结构参数设计计算;然后,建立引射器仿真模型,并根据实验数据开展引射器计算模型的校核与验证;其次,对引射器引射性能随结构参数的改变进行分析,获取各结构参数对引射性能的影响规律;最后,提出了一种新的结构参数敏感性评价指标,研究了结构参数对引射性能的影响程度.研究结果表明:随着混合段长度和扩压段长度的增加,引射系数(μ)会随之增大;混合段直径(d_(3))、扩压段角度(θ_(s))和喷嘴出口至混合段距离(L_(NXP))的增加会导致μ先增加后减小,μ的最大值分别出现在d_(3)=46.1 mm、θ_(s)=4°和L_(NXP)=57.33 mm处;对μ影响最大的结构参数为d_(3),对应的敏感性指标为0.88,而L_(NXP)对μ的影响程度最小,敏感性指标为0.05.

跨临界CO_(2)两相引射器喷嘴扩张段传热的影响分析

跨临界CO_(2)引射器主动流入口状态对引射器性能具有显著影响,主动喷嘴壁面传热会改变主动流状态,其对引射器性能的影响有待研究。基于均质平衡模型假设,构建了跨临界CO_(2)两相引射器的CFD模型,模拟研究了喷嘴扩张段传热对引射器性能和流场结构的影响,并分析了对冷凝器出口分流引射膨胀制冷系统性能的影响。研究结果表明:引射器引射系数随喷嘴扩张段热流密度和喷嘴扩张段长度的增大而增大,但在适用热流密度(小于120 kW/m^(2))下并不明显,引射系数变化范围在1%以内,其影响可以忽略不计;喷嘴扩张段传热对引射器内部流场的影响较小,喷嘴扩张段内流体温度略有升高,引射器出口干度略有增加,喷嘴出口和混合室内混合流的马赫数也略有增加;对于冷凝器出口分流引射膨胀制冷系统,利用引射器壁面传热可以过冷流体,系统COP显著提高,COP最大提升比例为8.89%。总体而言,对引射器主动喷嘴扩张段加热,对引射器性能影响甚微,但对冷凝器出口分流引射膨胀制冷系统的性能有较明显的提高。

低温氦气引射液氮时液滴群在引射器扩散腔中的流动与传热特性

为了优化低温氦气引射液氮过程中固体颗粒的生成效果,对氮液滴群与氦气在引射器扩散腔内的传热与流动过程建立数学模型,分析了液氮凝固的阶段性变化特征及传热机制,重点研究了液滴初始直径、气体初始状态和液气流量比对氮浆生成效果的影响。结果表明:不同粒径液滴的凝固过程存在显著差异,粒径小的液滴更容易凝固,但在固体调温阶段会反向传热;随着液滴直径的增大,完全凝固位移呈现指数增长;传质的贡献随气体温度的升高而增大,在大液滴的冻结阶段起主导作用。降低气体初始速度和温度有利于提高出口凝固率,在30 K的气体初始温度下改变液气流量比时凝固率均高于99%;但固体生成速率和换热效率主要随液气流量比的增大而增大。

高背压+引射器+抽汽供热方式下热网调节特性分析

分析一次热网调节方式的调节特性并获得最佳的一次热网调节方式在供热期对能源节约利用至关重要。基于某2×350MW热电机组高背压+引射器+抽汽梯级供热系统,研究比较了供热初末寒期与寒期各3种调节方式的经济特性,给出了不同环境温度下所需要乏汽量及抽汽量;并以机组发电量与循环泵耗电量的净电量最佳为目标量化了不同环境温度段的最优供热调节方式。结果表明:整个供热期调节方式的相对流量比越大,总乏汽量利用越多,抽汽总量越少;初末寒期:环境温度为-3℃~1℃、2℃~3℃、4℃~5℃3个阶段对应的最优热网调节方式分别为相对流量比为1、0.84、0.7的质调节。寒期:环境温度为-11℃~-4℃,质调节最优且平均净电量优于质量综合调节约3.087MW、优于量调+质调约4.75MW,-14℃~-12℃3种调节方式净电量几乎相同。

基于Python的质子交换膜燃料电池引射器自动仿真设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)引射器设计通常需经过结构参数计算、计算域建模、网格划分和数值模拟等步骤,并经过多轮迭代得到一个性能较优的设计方案,所需时间成本较高。针对PEMFC引射器,通过Python编程语言将以上功能进行集成,自动计算引射器结构参数,并调用OpenFOAM软件中的blockMesh工具进行计算域建模、网格划分,以及rhoSimpleFoam求解器进行数值仿真验证,形成一套参数化的自动仿真设计工具。研究表明,该工具可显著提高PEMFC引射器设计开发的速度,从而促进汽车工业的发展。

引射器数值模拟与关键结构参数优化设计

针对发动机高空模拟试验的需求,以数值模拟软件为基础,结合流体的物性参数、进出口总温总压等条件,对两级引射器进行了气动流场分析,通过仿真结果指导引射器关键结构的参数优化,最终实现了气动流场与试验工况的良好匹配。研究结果表明:采用多级引射的方式可以实现引射器增压能力,但一级引射器的混合室等直段内径太大会造成二级引射器发生喘振流动或者倒流现象。

结构参数对引射器性能的影响规律

以燃料电池用氢气引射器为研究对象,通过建立引射器内部流场CFD仿真模型,研究了喷嘴直径Dt、喷嘴角度φ和混合室直径D等结构参数对引射器性能的影响规律。结果表明,在不同功率段,结构参数对引射器性能的影响规律不同。在低功率段,引射比随着喷嘴角度的增大而显著增大,在高功率段,引射比随着喷嘴角度的增大而减小。混合室直径D对引射性能的影响则相反,在低功率段,引射比随着混合室直径的增大而减小,在高功率段,引射比随着混合室直径的增大而增大。基于上述影响规律,形成了引射器关键参数设计选取方法,并给出了参数优化设计区间。

质子交换膜燃料电池引射器的设计及验证

为提高质子交换膜燃料电池系统引射器的引射性能,基于一款燃料电池系统的阳极氢气循环需求设计了一款引射器,并通过搭建CFD仿真模型,以引射器的5个关键参数为变量,结合燃料电池系统氢气子系统实际工况,分析引射器的关键尺寸参数变化对引射器性能的影响,获得了最优的引射器尺寸参数。以仿真优化结果为基础试制了一个样件,同时试制了4个对比样件进行对比测试。结果表明:混合段直径、喷嘴与混合段距离、混合段长度3个设计参数对引射器性能的影响最大,混合段直径、喷嘴与混合段的距离对应不同工况都有一个最优值;引射器二次侧入口氢气中含有的大量氮气和水蒸气,对引射器的计量比有很大的影响;相比之下,仿真优化后的引射器在不同工况都具有最优引射性能。

变循环发动机后涵道引射器的研究现状与关键技术

变循环发动机是航空发动机的发展方向。相较于传统的航空发动机,变循环航空发动机在加力燃烧室中设置了后涵道引射器这一典型可调几何机构,以满足整机对气动匹配、推力和燃油经济性的需求。讨论了变循环发动机后涵道引射器的发展历程、布置位置、结构形式等,分析了后涵道引射器的结构特征和功能特点,点明了对加力燃烧室气动热力性能、结构尺寸的影响和对发动机推力、耗油率的影响。同时,结合后涵道引射器的发展历程和技术特征,指出了其在性能、结构和控制等方面需要深入研究的快速响应、精准控制和高可靠性等关键技术。通过对后涵道引射器的讨论和分析,以期为变循环发动机乃至未来涡轮基组合循环发动机的后涵道引射器性能和结构设计提供参考。

引射器治理工作面隅角低氧的研究与应用

矿井工作面正常回采时隅角容易产生低氧现象,会导致工作人员作业期间呼吸困难等问题。通过现场测试,回风隅角的氧气浓度为15.5%~17.5%,且随地表气温的升高而降低。为此,提出了基于引射原理的工作面隅角低氧防治技术,并将技术与现场应用相结合。结果表明,引射风流对工作面回风隅角低氧环境改善效果良好,引射风流方向与回风巷呈一定夹角设置时,改善效果最佳;此位置条件下引射风速8 m/s便可有效消除回风隅角低氧现象,使整体氧气浓度保持在19%以上。根据以上研究结果,结合陕北某矿112207工作面实际情况,进行了引射器现场应用与效果检验。在设备正常运行7 d后,工作面回风隅角氧气浓度维持在18.5%以上,治理效果显著。