气液喷射器性能研究及结构优化

气液喷射器的工作性能,主要在于其混合室与喷嘴出口截面比以及喷射器进出口压降的影响。为考虑结构尺寸和进出口压降对喷射器性能的影响,对气液喷射器中两流体的混合状态进行了仿真计算,对两相流体在混合环境中的压强、流速等分布图的性质开展了具体的研究,并针对不同的气液流量比、混合室长度、混合室直径的喷射器结构的特性开展了比较,得到其工作效率和压降都随气液比、混合室长度以及直径增加而升高。但在效率升高同时,压降也随之上升,导致混合管内壁流效应和流体间的摩擦阻力均增大,使其工作效率大大降低。最后利用多目标优化设计,在保持喷射器高效率同时降低其压降,得到了三组混合室直径以及长度的最佳值,与初始结构对比,使其效率平均提高了24.25%,压降平均降低了88.43%。

气-液喷射器工作参数的数值模拟

建立了气-液喷射器工作过程的一维稳态模型。运用数值计算方法对模型进行求解,采用Nabil Beithou等中的定解条件,计算了水为工质时的气-液喷射器内轴向压力分布。计算结果表明,本模型得到的气-液喷射器轴向压力分布与相同条件下Cattadori的实验值吻合较好；以实验结果为基准,本模型蒸汽喷嘴数值模拟结果比Nabil Beithou等的结果大为改善。对太阳能双喷射式制冷系统中的气-液喷射器进行了模拟,得到轴向压力分布和速度分布,结果表明,喷射系数随工作压力的升高而降低。

不同进料方式下气液喷射器内流体流动和混合特征

利用Fluent模拟了喷射器内气液两相在不同进料方式下(气体进口中心线与液体进口中心线偏移量不同)的流体力学和混合特征。其中A方式偏移2.5 mm;B方式偏移0 mm;C方式偏移4.0 mm,此时气体与液体完全相切进料。结果表明:在相同的喷嘴速度时,A方式下喷射器压力降与空气卷吸量最大,C方式下气体和液体的碰撞机会少于其他进料方式,压力和空气卷吸量最小,B方式下喷射器压力降与空气卷吸量居中;而混合效果随着偏移量由大到小(C、B、A)依次增强,但是增强效果不很明显。同时,还以C方式为例讨论了喷射器内喷嘴速度与压力降及空气卷吸量的关系,两者都随着喷嘴速度的增大而增大,且喷射器的压力降与空气卷吸量呈显著的线性相关,相关系数高达0.984。根据模拟结果分析,当3种进料方式压力降相同时,C方式气体卷吸量最大,即相同喷射性能时C方式的能量损失最小。

基于CFD的气液两相射流引射器设计模拟研究

文章采用Fluent模拟软件对气液两相引射器的最优尺寸进行了数值模拟研究，并分析了引射压力和出口背压对引射器工况的影响。研究结果表明：引射器内射流喷嘴直径受流场发育情况、压力特性曲线和气相体积浓度等因素的影响和制约，综合考虑这四种因素，确定了喷嘴直径范围为16～20mm；当引射压力一定时，随着出口背压的增大，气相流量、气相浓度和出口流速均逐渐减小；当出口背压一定时，射流气相浓度随引射压力的增大呈逐渐上升趋势。

气液喷射器内的气液流型分析

在上喷式喷射器内利用水-CO2实验系统,通过平面激光诱导荧光技术（Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF）和常规流量测定,获得了流速数据和流型图片,分析了操作条件对气液喷射器内流型的影响。液气体积流率各自的操作范围为0.495-1.062m^3·h^-1和0.1-4.6m3·h^-1。在非常低的气液比下（G/L≤0.2）,该喷射器拍照范围内,气体形成细小的气泡均匀分布在液体中,呈泡状流;在高气液比下（G/L〉0.2）,液体以射流形式存在,而气体以环状在液体周围向上绕流,形成喷射流。气液比和气相分率的大小对液体射流柱长度及其瓦解的初始位置有明显影响。随着气液比和气相分率的不断增大,液体射流柱的长度首先增大,约在气液比为2.5～3.0,气相分率在0.7-0.8左右达到最大值,射流柱瓦解的初始位置沿喷射器不断上移;继续增大气液比和气相分率,液体射流柱长度又开始减小,瓦解的初始位置下移,但是前者减幅逐渐变小,直至射流柱长度和瓦解的初始位置比较稳定。

气-液喷射器内两相流流型分析

对水平安装气-液喷射器内两相流流型进行了分析研究。根据圆管内气-液两相流流型转变的经验准则式,结合气-液喷射器性能方程,得出了气-液喷射器内环状流和雾状流的流型区间。以空气-水喷射器为例,给出了喷嘴出口当地最大马赫数与引射流体入口/出口压比的关系式,证明了当工作气体(空气)在喷嘴中作超临界膨胀时,喷射器内流型至少为环状流。

液-液喷射器性能优化及内部流动特性分析?

为了探索液-液喷射器的性能优化问题,改变喷射器喷嘴结构和射流类型,设计并建立了4种喷射器的三维模型,采用大涡模拟方法对4种模型进行模拟,得到各喷射器的内部流动特性及工作性能。工作流体从喷嘴射入吸入室,压力沿轴线呈现对称性的下降趋势,使得引射流体被卷吸进入喷射器并与工作流体进行掺混。随着两股流体的混合,势流核心区缩小,中速流体区域扩大,最终在扩散段内完成混合。通过分析各喷射器的内部流动特性,比较出4种喷射器的性能优劣。结果表明:椭圆喷嘴脉冲射流喷射器的卷吸性能、混合性能、效率均优于其他3种喷射器。

多喷嘴汽-液两相喷射性能的实验研究

提出了一种多喷嘴结构的汽-液两相喷射器,该装置由7个蒸汽喷嘴、吸入室、7个混合室和扩散室组成.通过实验研究了不同蒸汽干度下多喷嘴汽-液两相喷射器的工作特性.结果表明:由于汽羽的特性和蒸汽喷嘴与混合室的距离对喷射性能的共同影响,喷射器存在一个最佳蒸汽压力,且其数值随低温水温度的升高而减小;蒸汽干度未明显影响低温水质量流量的分布规律;喷射系数随蒸汽干度的增大而增大,随低温水温度的升高而减小.

气液喷射器喷射性能的数值模拟与优化

针对气液喷射器传统2维设计理论和以试验或者CFD为基础进行单因素改变分析的不足,进行4组不同条件、多因素影响下气液喷射器内部流场的CFD数值模拟,对比分析特定环境下不同气液流量比、混合管长径比、扩散室出口直径等参数对气液喷射器性能的影响,选择了合适的、有利于提高气液喷射器喷射性能的优化参数.结果表明:对于气液喷射器,当气液流量比和扩散室出口直径增大时,喷射器出、入口压降增大,壁流效应增大,工作效率降低,合适的气液流量比为0.018~0.035,扩散室出口直径为25~30 mm;当混合管长径比为1.00~1.17时,壁流效应较小,喷射器减速增压效果较好,流体混合加热效果较好,能够更好地满足气液喷射器工作特性要求.

多喷嘴气—液两相喷射过程的试验

近年来国内外学者在气—液喷射技术方面开展了大量的工作,但这些研究采用的工作蒸汽主要是干饱和蒸汽和过热蒸汽,关于湿蒸汽的研究较少,然而在实际工业中,相当一部分低压蒸汽是具有一定干度的湿蒸汽。为此,设计以湿蒸汽为工作蒸汽试验台,采用一种多喷嘴结构的汽液喷射器作为试验元件,对气—液两相喷射过程进行试验研究,得到不同蒸汽干度下,喷射器内的压力变化及蒸汽压力和低温水温度对喷射器内气、液两相混合均匀程度的影响。结果表明,蒸汽干度未明显影响混合室内的压力分布规律;水喷嘴出口处压力和混合室圆柱段入口处压力均在某蒸汽压力时达到极小值,且该蒸汽压力值大于喷射器的最佳蒸汽压力;提高蒸汽压力或增大低温水温度有助于混合室内气、液两相流体混合均匀。

喷射器内气-液两相流流型及其转换特性的研究

利用平面激光诱导荧光(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)技术,分析上喷式喷射器内气液两相流的流型及流型转换的特性。结果表明,在喷射器内气液两相首先形成喷射流,随着两相相互作用和动量传递,射流瓦解,气液两相随着气液比的不断增大分别形成泡状流、雾状流和块状流。根据实验结果绘制了喷射器上部射流瓦解后的气液两相流流型图。通过分析流型影响因素和流体力学特点,提出了流型转换的无因次关系式,并确定了各流型转换的具体表达式。

基于实际气体的圆柱形混合室喷射器设计及优化方法

从热力学过程出发,通过引入单相及两相流声速计算模型,提出了基于实际气体的圆柱形混合室喷射器设计方法。用该方法计算出的喷射系数能与实验值较好吻合,误差在±17%内。新设计方法预测出必定存在一个使喷射系数设计值最大的最优混合室出口压力,为方便且快速确定该最优混合室出口压力与喷射器设计工况的关系,引入了最优扩压室升压比倒数。分别计算了水蒸气、氨、R290、R134a和R22圆柱形混合室喷射器常见工况下最优扩压室升压比倒数与膨胀比、压缩比的关系曲线,进而拟合出最优扩压室升压比倒数与膨胀比、压缩比的关系式。在喷射器设计过程中利用这些关系式可迅速算出最优扩压室升压比倒数,从而确定最优混合室出口压力,设计出高效喷射器。

RBCC用变工况气氧/煤油引射火箭发动机设计和试验研究

引射火箭是火箭冲压组合发动机的核心部件之一,须具有变工况工作能力。针对RBCC发动机用引射火箭的技术要求,基于挤压式推进剂供应系统,设计了变工况工作气氧/煤油引射火箭系统,完成了4种工作状态下的点火试验验证。试验研究结果表明,设计的变工况工作引射火箭发动机稳定可靠工作,工作参数满足设计要求,可实现快速调节。为开展火箭冲压组合发动机试验及大调节比引射火箭技术研究奠定了基础。

喷注器出口附近液膜运动及破碎过程的理论分析

研究锥形液膜在受限空间内的运动,该液膜由离心式喷嘴产生,并受到高速环形气流的冲击。根据空气动力学理论,建立了用于分析液膜运动规律的理论模型,提出了运动液膜的破碎准则和运动液膜破碎后形成的液滴平均直径的计算公式,计算结果可作为喷注器设计的参考依据。

液-气引射制冷系统实验研究

流体力学伯努力方程表明,采用较高密度的工作流体可以在相同的速度变换下,获得较大的压力变化。根据这一原理,针对液-气引射制冷系统中的引射器,通过采用高密度的盐溶液和室温液态金属替代传统工作流体水来探究高密度工作流体工作过程中系统的运行特性。并通过结构优化,将喷嘴从简单喷嘴替换成内环型喷嘴,增大喉嘴距等改进措施,提高系统制冷性能。实验研究发现,驱动流体密度对系统制冷性能具有重要影响;内环型喷嘴较简单喷嘴具有明显优势;喉嘴距从5 mm增加到13 mm过程中,系统制冷性能并不是单调提高的,而在10 mm出现最优值;实验得到了几种工作流体的制冷特性,为液-气引射制冷系统的改进提供了参考。

半径比对气液喷射器吸气量的影响研究

气液喷射器是石油化工行业中广泛使用的设备,介绍了气液喷射器的研究情况和进展,建立了气液喷射器三维几何模型,并运用计算流体力学模拟方法对混合室与喷嘴出口半径比对喷射器吸气性能的影响规律进行了研究。研究结果表明,喷射器的吸气量随混合室与喷嘴出口半径比的增加先增大后减小,且取得最大吸气量时的半径比与工作流体在喷嘴出口处液相流速有关,喷嘴出口流速越高,比值越大。

多喷嘴汽-液两相喷射器的工作特性研究

对以湿蒸汽为工作流体的多喷嘴汽–液喷射器机制进行研究,利用质量、能量及动量守恒方程建立了喷射器工作特性一维理论模型。模型求解过程中,采用两相临界流均相平衡模型计算单喷射蒸汽喷嘴的临界流速,并利用多喷射速度系数对其修正,得到多喷射蒸汽喷嘴的出口速度;综合考虑Cattadori的壁面力和Howard的喉部压损理论对流动的影响来确定混合室阻力。为验证模型的正确性,设计以湿蒸汽为工作蒸汽的实验台,并采用多喷嘴喷射器作为实验元件。研究结果表明:容积喷射系数随压力比的增大而减小,且增大喷射器的截面比可使容积喷射系数增加,但缩小了喷射器的工作范围;容积喷射系数随蒸汽干度的增大和过冷水温度的升高而减小。理论计算结果与实验值基本相符。

液-气喷射紊流混合装置的作用及其在环境工程的应用

阐述喷射流体紊流混合装置的作用和应用，建立两级紊流混合速的液－气喷射器的流体动力学方程组．由于液－气紊流混合促进烟气含硫化合物与喷射脱硫剂的化学反应，进一步研究它们对流体的动量及能量方程的影响．讨论影响脱硫除尘的治理效果的主要因素．最后给出液－气喷射装置在环境工程中的应用实例．

天然气引射技术在低压积液气井中的试验与应用

随着气田开发时间的延长，盆5气田所属各井产量、压力、气水比变化加大，投产10年来先后有8口气井因低压、低产、高含水等原因停产关井，占全部已投产气井总量的50％，目前仍有2口气井生产压力即将低于进站压力无法进站生产，装置运行负荷率下降至设计负荷的20％。针对上述问题，结合气田高低压井、高低产同时并存的现状，在盆5气田开展了高压气井和低压气井同步采气的新工艺一天然气引射生产工艺试验和应用。应用表明，该技术可以在不增加动力消耗且保证高压气井天然气产量一定的情况下，恢复低压积液井的连续生产，并可同比增加30％-50％的天然气产量。

液体火箭发动机自引射工作过程传热研究

建立了液体火箭发动机自引射工作过程传热分析模型。分析了圆柱型和二次喉道型引射器在不同冷却水流量下引射器的壁温和热流的变化,得到了引射器可靠工作的冷却水流量范围,引射器冷却水温升测试值和仿真值的一致性较好。