喷射泵湍流场及外特性数值模拟
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第 １卷 １
第２期 １
２１ ０ １年 ７月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ １１ Ｎ ． １ Ｊ ｌ ０ １ ｏ． １ ｏ ２ ｕｙ２ １
ｌ７ 一 １ １ （ ０ １ ２ — ０ ６ ０ ６ ｌ ８ ５ ２ １ ） １ ５ １ －５
Ｓ ｉｎｃ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｃ ｅ ｅＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
分布 以及 湍动能分布 曲线。对流场特 性分 析表 明， 湍动能在 喷嘴 出口处和扩散管初段 出现峰值， 喷嘴出 口处 无量纲湍动能峰
值位 于 不 同的 的径 向位 置 ， 而扩 散 管初 段 的无 量 纲 湍 动 能 峰值 则 处 于 同一 径 向位 置 上 。 分 析 外 特 性 结 果 表 明 ， 流 场 数 值 模 湍
式 中 ， 喷嘴入 口压 力 ， ａｐ Ｐ为 ＭＰ ； 为扩 散 管 的 出 口
压 力 ， Ｐ ；３为 吸 人 液 进 泵 的人 口压 力 ， ａ Ｍ ａｐ ＭＰ 。ｑ
１ 流场 区域模型及基本参数
根据 现场 使用 的喷 射泵 的实 际结 构 尺寸 ， 立 建
为喷 嘴人 口体 积 流 量 ， ｓ ｑ 吸 入 液 进 泵 的人 ｍ ／ ；，为 口体积 流量 ， ／ ； 为效 率 ， 。 ｍ。ｓｒ ／ ％
图 １ 喷 射 泵 计 算 区域 边界
模 拟计 算 中 ， 无量 纲压 力 比 Ｐ与无 量 纲流 量 比
分别定 义为
Ｐ： ， ： ， ：朋 叼 Ｐｌ—Ｐ２ ｑ １ 。
文便 是利 用 数值 模 拟 方 法 ， 究 喷射 泵 流 场 特 性 ， 研 同时建立 内部流 场 与外 特 性 的联 系 ， 以更好 的揭 示 喷射 泵工作 特性 ， 为工 程设计 与应用 提供依 据 。
方程不 再满足 ， 简单 的速 度 与压 力关 系不 能 用来 描 述流场 的 特 性 。而 现 有 对 喷 射 泵 的研 究 大 多 是 针 对 外特性 的研 究 ¨ 。外特 性参 数 是 喷射 泵 内在 流 动规律 的宏观 体现 ， 因此 一些 学 者 利 用数 值模 拟 方 法对 喷射 泵 流 场 的流 动 规 律 进 行 了研 究 ， 得 使 对 喷射泵 外 特 性 有 了更 为深 刻 的 理 解 和认 识 。本
拟结果 与理论值 吻合较好。最后分析 了影 响喷射泵 的效率的 因素， 出了在低 流量 比范围 内的主要 因素为流体 混合 损失， 提 而
在 高 流量 比 范 围 内 的主 要 因素 为 喉 管 和 扩 散 管摩 擦 损 失 。 研 究 结果 对 进 一步 数值 模 拟 以及 工 程 应用 有指 导 意义 。
ｃｏ ｒ ｏ ｎ
平 均 流动和 脉动连续 性方程 分别 为
魏 淑 惠 ， ： 射 泵 湍 流场 及 外 特 性 数 值 模 拟 等 喷
， ， ●－
＼ 冲
‘ 亳 『
５ ｌ ０７
Ｏ ｕｉ
－
＇
：
０ Ｏ
（） １ （） ２
法一 黏 性 系 数 由 以 卜 式 计 算 ： ， 且 公
个 内节 点与肇 面 的距离 。
２ ４ 湍 流 能 量 耗 散 ｓ方 程 ．
４ 计算结果及分析
计 算 采用有 限体 积 法 。
４ １ 压 力 与 流 速 分 析 ．
图 ２和 图 ３分别 为不 同动 力液 人 口流速 条件 下
不可 压 、 常 、 定 等温 湍 流 场 。湍 流采 用 一 式 ， 模 则 相应 的控 制方程 如下 引。
２ １ 连续 性方程 ．
第一作者简介 ： 魏淑惠 （９ ８ ）女 ， １６ 一 ， 副教授 ， 硕士 ， 河北保定人 ， 研
究 方 向 ： 算 数 学 、 算 流 体 力 学 。 Ｅｍａ ： ｅｓｕ ｕ— ｑ＠ ｓ ａ 计 计 — ｉ ｗ ｉ ｈｉｄ ｌ ｈ ｉ． ｎ
喷射泵模型如图 １ 所示。其中， 喷嘴直径为 ３ｍ ２ 控制方程 ｍ，
喉管直径 为 ５ ４ ｍｍ， 散 管 出 口直径 为 ３ ｍ， ． 扩 ２ ｍ 总 对 于 图 １所 示 的二 维 喷射 泵 流场 ， 流场 视为 将
２ １ 年 ４月 １ 日收 到 ， ０１ ２ ４月 ２ 日修 改 ０
⑥
２ １ ＳｉＴｃ． ｎｎ￣ ０ １ ｃ ｅｈ Ｅ ｇ ｇ ．
仪 表 技 术
喷 射 泵 湍 流 场 及 外 特 性 数 值 模 拟
魏淑 惠 关连 旭 朱云 伟
（ 北 石 油大 学 ， 庆 １３ １ ） 东 大 ６３ ８
摘 要
对于喷射泵湍 流场 ， 采用 ｋ８湍流模 型， － 在不 同喷嘴入 口流速 条件下进行 了数值模 拟， 出了流场 的速度分 布、 力 给 压
关键词 喷射泵
湍流场
数值模拟
外特性参数
中图法分类号 ＇－ ８ ＩＩ ； ＇３ Ｉ
文献标志码
Ａ
喷射 泵 以其 结 构 简 单 、 有 运 动 件 等 特 点 ， 没 在 很多领 域 中得到 了广 泛 的应 用 。然 而 ， 喷射 泵 内的
长 ３ ０ｍｍ。 ７
流场是 一复 杂 的湍 射 流 场 ， 湍 流１ ｉ １
，
一
：
嵋
２２ 运动 方程 ．
亡ｎ ｙ（＋。 ， Ｅ １ ） ； Ｅ ］
） （） ７
运动方 程 为雷诺平 均 运动 方程 ：
ｐ ＋
占 ‰ ＝ （ 一
～
， ｍ 取 ４ Ｅ为对 ｐ ｐ ＝考 一 ） （ 式 （７）中 ，（为 Ｋａｌａｎ常 数 ， ０． １； 数 分 布 ＋ 善 一 十 ｐ 十ｌ 毒詈 Ｍ ３ ）
一
－ ，
２ ３ 湍流脉 动 能 方程 ．
＝
律 中积分 常 数 ， 于 光 滑 壁 面 ， 对 Ｅ＝９ ０ 取 ＩＥ Ｋ＝ ． ， ｎ／ 一 一 ５ ３； 为 压 力 系 数 ； 为 运 动 黏 滞 系数 ；ｐ为 第 一 ． 。 Ｙ
：
ａ
—ａ
专ｃ鸶 ） ；ｕ ４ （ 十 一－￣ 差 －７一 譬 ｕ， ｃ － ０
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学
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Ｓ ｉｎｃ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｃ ｅ ｅＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
分布 以及 湍动能分布 曲线。对流场特 性分 析表 明， 湍动能在 喷嘴 出口处和扩散管初段 出现峰值， 喷嘴出 口处 无量纲湍动能峰
值位 于 不 同的 的径 向位 置 ， 而扩 散 管初 段 的无 量 纲 湍 动 能 峰值 则 处 于 同一 径 向位 置 上 。 分 析 外 特 性 结 果 表 明 ， 流 场 数 值 模 湍
式 中 ， 喷嘴入 口压 力 ， ａｐ Ｐ为 ＭＰ ； 为扩 散 管 的 出 口
压 力 ， Ｐ ；３为 吸 人 液 进 泵 的人 口压 力 ， ａ Ｍ ａｐ ＭＰ 。ｑ
１ 流场 区域模型及基本参数
根据 现场 使用 的喷 射泵 的实 际结 构 尺寸 ， 立 建
为喷 嘴人 口体 积 流 量 ， ｓ ｑ 吸 入 液 进 泵 的人 ｍ ／ ；，为 口体积 流量 ， ／ ； 为效 率 ， 。 ｍ。ｓｒ ／ ％
图 １ 喷 射 泵 计 算 区域 边界
模 拟计 算 中 ， 无量 纲压 力 比 Ｐ与无 量 纲流 量 比
分别定 义为
Ｐ： ， ： ， ：朋 叼 Ｐｌ—Ｐ２ ｑ １ 。
文便 是利 用 数值 模 拟 方 法 ， 究 喷射 泵 流 场 特 性 ， 研 同时建立 内部流 场 与外 特 性 的联 系 ， 以更好 的揭 示 喷射 泵工作 特性 ， 为工 程设计 与应用 提供依 据 。
方程不 再满足 ， 简单 的速 度 与压 力关 系不 能 用来 描 述流场 的 特 性 。而 现 有 对 喷 射 泵 的研 究 大 多 是 针 对 外特性 的研 究 ¨ 。外特 性参 数 是 喷射 泵 内在 流 动规律 的宏观 体现 ， 因此 一些 学 者 利 用数 值模 拟 方 法对 喷射 泵 流 场 的流 动 规 律 进 行 了研 究 ， 得 使 对 喷射泵 外 特 性 有 了更 为深 刻 的 理 解 和认 识 。本
拟结果 与理论值 吻合较好。最后分析 了影 响喷射泵 的效率的 因素， 出了在低 流量 比范围 内的主要 因素为流体 混合 损失， 提 而
在 高 流量 比 范 围 内 的主 要 因素 为 喉 管 和 扩 散 管摩 擦 损 失 。 研 究 结果 对 进 一步 数值 模 拟 以及 工 程 应用 有指 导 意义 。
ｃｏ ｒ ｏ ｎ
平 均 流动和 脉动连续 性方程 分别 为
魏 淑 惠 ， ： 射 泵 湍 流场 及 外 特 性 数 值 模 拟 等 喷
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４ 计算结果及分析
计 算 采用有 限体 积 法 。
４ １ 压 力 与 流 速 分 析 ．
图 ２和 图 ３分别 为不 同动 力液 人 口流速 条件 下
不可 压 、 常 、 定 等温 湍 流 场 。湍 流采 用 一 式 ， 模 则 相应 的控 制方程 如下 引。
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第一作者简介 ： 魏淑惠 （９ ８ ）女 ， １６ 一 ， 副教授 ， 硕士 ， 河北保定人 ， 研
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喷射泵模型如图 １ 所示。其中， 喷嘴直径为 ３ｍ ２ 控制方程 ｍ，
喉管直径 为 ５ ４ ｍｍ， 散 管 出 口直径 为 ３ ｍ， ． 扩 ２ ｍ 总 对 于 图 １所 示 的二 维 喷射 泵 流场 ， 流场 视为 将
２ １ 年 ４月 １ 日收 到 ， ０１ ２ ４月 ２ 日修 改 ０
⑥
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仪 表 技 术
喷 射 泵 湍 流 场 及 外 特 性 数 值 模 拟
魏淑 惠 关连 旭 朱云 伟
（ 北 石 油大 学 ， 庆 １３ １ ） 东 大 ６３ ８
摘 要
对于喷射泵湍 流场 ， 采用 ｋ８湍流模 型， － 在不 同喷嘴入 口流速 条件下进行 了数值模 拟， 出了流场 的速度分 布、 力 给 压
关键词 喷射泵
湍流场
数值模拟
外特性参数
中图法分类号 ＇－ ８ ＩＩ ； ＇３ Ｉ
文献标志码
Ａ
喷射 泵 以其 结 构 简 单 、 有 运 动 件 等 特 点 ， 没 在 很多领 域 中得到 了广 泛 的应 用 。然 而 ， 喷射 泵 内的
长 ３ ０ｍｍ。 ７
流场是 一复 杂 的湍 射 流 场 ， 湍 流１ ｉ １
，
一
：
嵋
２２ 运动 方程 ．
亡ｎ ｙ（＋。 ， Ｅ １ ） ； Ｅ ］
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运动方 程 为雷诺平 均 运动 方程 ：
ｐ ＋
占 ‰ ＝ （ 一
～
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一
－ ，
２ ３ 湍流脉 动 能 方程 ．
＝
律 中积分 常 数 ， 于 光 滑 壁 面 ， 对 Ｅ＝９ ０ 取 ＩＥ Ｋ＝ ． ， ｎ／ 一 一 ５ ３； 为 压 力 系 数 ； 为 运 动 黏 滞 系数 ；ｐ为 第 一 ． 。 Ｙ
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