脉冲液气射流泵内部流场的数值模拟

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脉冲液体射流泵能量平衡的数值

第３０卷第３期２　０　１　２年３月水　电　能　源　科　学Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．３Ｍａｒ．２　０　１　２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０３－０１３６－０４脉冲液体射流泵能量平衡的数值研究张晋华１，程　鹏２，高传昌１（１．华北水利水电学院电力学院，河南郑州４５００１１；２．华北水利水电学院数学与信息科学学院，河南郑州４５００１１）摘要：运用能量平衡分析原理，根据脉冲液体射流泵主要流动部件的能量损失压力比公式，利用脉冲液体射流泵性能数值计算模块，对脉冲液体射流泵能量平衡进行了数值研究，分析了主要流动部件的能量损失变化及其对脉冲液体射流泵性能的影响，并与恒定液体射流泵的能量损失压力比、性能及效率进行了对比。

结果表明，脉冲射流是提高射流泵传能、传质效率的有效途径。

关键词：脉冲液体；射流泵；能量损失；基本性能；数值研究中图分类号：ＴＶ１３６文献标志码：Ａ收稿日期：２０１１－０７－２１，修回日期：２０１１－０９－３０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０３７９０１３）；水利部公益性行业科研专项经费基金资助项目（２０１２０１０８５）作者简介：张晋华（１９８０－），女，讲师，研究方向为水利水电，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｈ＠ｎｃｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎ射流泵是一种利用射流紊动扩散作用传递能量与质量的流体机械及混合反应设备。

由于射流泵内两股不同压力的流体混合时会产生较大的能量损失，其传能传质的效率较低［１］，因此提高射流泵的传能传质效率一直倍受关注。

２０世纪７０年代以来，提高射流泵的效率主要通过两种途径：①研制新型结构的射流泵，如采用多股射流、多级射流等；②在相同的射流泵装置上采用脉冲射流。

其中第２种途径受到了高度重视，并进行了大量的试验研究［１～５］，由于在相同的射流泵装置上脉冲液体射流泵与恒定液体射流泵内部流场分布规律不同，因此二者内部流体的能量传递、转换与损耗也不同。

并联式液气射流泵内部流场数值模拟

摘
要
ｂｅｓｔ．
引入湍流模型以封闭求解。
本文主要应用ＶＯＦ方法，结合ｋ～￡湍流模型，对两种不同结构的液气射流泵在相同工况下进行了内部流场的数值模拟，模ｉｄ－ｇａｓｊｅｔｐｕｍｐ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
并联式液气射流泵内部流场数值模拟
李同卓蒋楠廖翔
河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作４５４０００ＴｈｅＦｌｏｗＦｉｅｌｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｈｅｐａｒａｌｌｅｌｔｙｐｅｌｉｑｕｉｄ－ｇａｓｊｅｔｐｕｍｐ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐａｒａｌｌｅｌｌｉｑｕｉｄ－
ｇａｓｊｅｔｐｕｍｐｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｒｏａｔｍｏｕｔｈｄｉｓｔａｎｃｅ
全发展。２．２边界条件２．２．１进口边界
表明，并联式液气射流泵的效果要此普通结构的液气射流泵效果要好；对不同喉嘴距和隔板长度的并联式液气射流泵的模拟结果表
明：１Ｏｍｍ喉嘴距的效果较好，１１Ｏｍｍ隔板长度的效果较好
关键词
液气射流泵；数值模拟；喉嘴距；隔板长度

中核科技国产核电阀门应用于宁德核电站机组

５结论
本文利用计算流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ对脉冲液
气射流泵内部流场进行数值模拟和分析．并分别对不同频率下脉冲液气射流泵进行模拟，得出如下结论。
（１）脉冲液气射流泵工作射流关停时间不要超过
［１］陆宏圻．射流泵技术的理论及应用［Ｍ］．北京：水利电力出
版社。１９８９．
［２］高传昌，王玉川．液气射流泵研究应用进展［Ｊ］．石油机械，
２０ｏ８，３６（２）：６７ — ７０．
［３］高传昌，王玉川，陈豪，等．脉冲液一气射流泵基本性能试验
［Ｊ］．核动力工程，２０１０，３１（４）：１３３ — １３７．
冲液气射流泵数值模拟时，脉冲射流关停时间不要超
参考文献
体射流。工作射流在沿喉管运动过程中，速度逐渐降
低，规模逐渐减小，当运动到喉管尾部时，如图３（ｃ），工作射流已完全消失。之后气体射流也逐渐减弱，在出
口背压的影响下，扩散管出口处开始出现速度波动。至ｔ＝１．４Ｓ时液气射流泵开始出现倒吸现象。因此进行脉
Ｏ．４０．２８６
脉冲周期Ｔ／ｓ０．３＋０．５０．５＋０．５ｌ＋０．５

脉冲射流动力机构的结构设计和数值模拟

石油机械CHINA PETROLELM MACHINERY2021 年第 49 卷第 3 期— 15 —V 钻井技术与装备A脉冲射流动力机构的结构设计和数值模拟**基金项目：中石化集团公司项目“页岩气井高效破岩工具关键技术研究与应用”（JP19010）。

严忠1陈小元1王委1纪照生2史杏杏2(1.中石化华东石油工程公司江苏钻井公司2.中国石油大学(北京))严忠，陈小元，王委，等.脉冲射流动力机构的结构设计和数值模拟.石油机械，2021, 49 (3) : 15-24.摘要：现有文献针对脉冲射流动力机构脉冲特性控制的研究尚存不足，为此，以典型的叶片驱动盘阀式脉冲射流发生机构为研究对象，采用数值计算方法，从排量、叶轮内径、叶片个数、叶片型线安放角和阻力扭矩5个方面对动力机构的速度场、压力场、转速及压耗进行分析，揭示动力机构结构参数对最终脉冲特性的影响规律。

模拟结果显示：内径与安放角对转速影响较为明显，转速随内径的增大先减小后增大，内径为56 mm 、排量为15 L/s 时转速最低达到546 r/min ；在分析范围内，叶轮转速随叶片个数的增加而增大，叶片个数由3增加至6时，转速在600-1 200 r/min 间变化，不同排量下平均增幅仅为59 r/min ；叶轮转速随安放角的增大而减小，不同排量下平均减幅为673 r/min 。

研究结果可为同类工具的脉冲压力和频率等特性控制提供理论指导。

关键词：脉冲射流；动力机构；结构参数；特性控制中图分类号：TE248文献标识码：A DOI ： 10. 16082/j. cnki. issn. 1001-4578. 2021. 03. 003Structural Design and Numerical Simulation of Pulse Jet Power MechanismYan Zhong 1 Chen Xiaoyuan 1 Wang Wei 1 Ji Zhaosheng 2 Shi Xingxing 2(1. Jtangsu Dr,〃加g Company ，STA^OPEC Eas£ CA/na OH Eng/^eer/ng Company； 2. CA/na 弘,©ersdy of Pe^ro/eurn (Beijing ) )Abstract : The existing paper has insufficient research on the pulse characteristic control of the pulse jet powermechanism. For this reason , taking the typical blade-driven disc valve pulse jet generator as the research object , the numerical calculation method is adopted to study the effects of displacement , the impeller inner diameter , blade number , blade profile installation angle and resistance torque on the velocity field , pressure field , rotation speedand pressure loss of the power mechanism ， and reveal the influence of power mechanism structure parameters on the final pulse characteristics. The simulation results show that the inner diameter and the installation angle have great effects on the rotation speed. The rotation speed first decreases and then increases with the inner diameter. Theminimum speed reaches 546 r/min under the inner diameter of 56 mm and the displacement of 15 L/s. Within the analysis range , the rotation speed of the impeller increases with the number of blades. When the number of bladesincreases from 3 to 6, the rotation speed varies from 600 to 1, 200 r/min , while the average increase is only 59 r/min under different displacements. The impeller rotation speed decreases with the installation angle , and the aver age decrease is 673 r/min under different displacements. The study can provide theoretical guidance for the charac teristic control of similar tools such as pulse pressure and frequency.Keywords : pulse jet; power mechanism ； structure parameter ； characteristic control余资源量多、发展潜力大等特点［|-2］，但是也存在0 引言地层环境复杂和岩石硬度大等问题，亟需高效破岩方法以提高钻井效率，缩短建井周期，进而提高深我国深层油气资源较为丰富，深部地层具有剩层油气开采效益［3-4］ o 脉冲射流钻井技术能够有效—16—石油机械2021年第49卷第3期利用并优化分布井底水力能量，在井底形成交变流场，提高射流的清岩效率，并通过降低井底瞬时压力改变井底岩石的应力状态实现辅助破岩［5-7］。

蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟

蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟随着科学技术的不断发展，人们对于流场研究的需求越来越高。

而数值模拟则成为现代科学研究中不可或缺的一部分。

本文将围绕“蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟”这一主题展开讲解，带领小伙伴们一步一步深入了解相关知识。

第一步，了解射流泵模型的内部流场特性。

射流泵是利用高速流体的动能来传递压缩气体或输送液体的机械设备，其内部流场特性主要包括压力分布、速度分布、流线分布等。

这些特性对于射流泵的性能有着决定性的影响。

第二步，介绍蒙特卡罗法。

蒙特卡罗法是一种基于概率统计的数值模拟方法，其主要思想是利用多次重复采样的方法，通过统计得到随机事件的概率分布。

在流场模拟中，可以应用蒙特卡罗法模拟粒子在流场中的运动状态，进而得到流场的特性数据。

第三步，探索蒙特卡罗法在射流泵模型内部流场数值模拟中的应用。

通过对射流泵模型的内部流场进行数值模拟，我们可以得到流场中各个位置的速度、压力、流线等特性数据。

基于这些数据，可以对射流泵的性能进行准确的预报，也可以更加深入地了解流场特性。

第四步，总结蒙特卡罗法在射流泵模型内部流场数值模拟中的优势。

相较于传统的数值模拟方法，蒙特卡罗法具有计算量小、可靠性高、适用范围广等优点。

在射流泵模型内部流场数值模拟中应用蒙特卡罗法，可以更加准确地描述流场的特性，提高研究的精度和可信度。

综上所述，蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟具有重要意义和应用价值。

通过深入理解射流泵模型内部流场特性，熟练掌握蒙特卡罗法的基本原理和计算流程，我们可以更加准确地预报射流泵的性能、优化流场设计、提高产品的质量和效率。

串联型脉冲喷嘴内流场的数值模拟

嘴的脉冲效果和破碎岩石的冲击压力，提高钻井速度
和进尺。针对国内目前对串联型脉冲喷嘴研究的现
中产生脉冲射流的方法有很多，如冲击挤压、机械截断和自激振荡等Ｊ，其中自激振荡的发生方式以其结构简单、可靠性高、无需附加外驱动结构等突出优点，被
中图分类号：ＴＶ１３２．１
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｅｒｉｅｓＰｕｌｓｅｄＮｏｚｚｌｅ
ＴＡＮＧＣｈｕａｎｌｉｎ，ＨＥＸｉａｏｔｉｎｇ，ＨＵＤｏｎｇ，ＳＨＥＮＳｈｕｏ
广泛应用于切割、清洗、钻探和破岩等领域。
状，文章提出利用数值模拟的方法对串联型脉冲喷嘴内流场进行仿真。采用标准的，（一ｓ模型，应用ＣＦＤ软
件进行腔室内二维流场的数值模拟，探求腔室内流场的分布规律，达到优化腔室结构的目的。
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｏｄｅｍＪｅｔｔｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｕｚｈｏｕ，Ｈｕｎａｎ４１２００７，Ｃｈｉｎａ）
串联型脉冲喷嘴内流场的数值模拟
唐川林，何小婷，胡东，申硕

液体射流泵内部流动分析：Ⅱ理论计算参数确定

液体射流泵内部流动分析： Ⅱ理论计算参数确定
王玉川，曹树良，高传昌，王松林
（１．清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，ｊＥ京１０００８４；２．华北水利水电学院电力学院
河南 Байду номын сангаас 州４５００１１；３．华北水利水电学院水利学院，河南郑州４５００１１）王玉Ｊ
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｆｏｗｉｎｌｉｑｕｉｄｊｅｔｐｕｍｐＰａｒｔ Ⅱ：
Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｃｏｅｆｉｃｆｉｅｎｔｓｉｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ
ｖａｒｉａｂｌｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｒｉｖｅｄｉｎａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｊｅｔｐｕｍｐｓ．Ｔｈｏｓｅｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙ
ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｔＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ４５００１１，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ

液体射流泵内部三维流场的数值模拟

液体射流泵内部三维流场的数值模拟
常洪军;朱熠
【期刊名称】《排灌机械工程学报》
【年(卷),期】2005(023)006
【摘要】应用FLUENT 6.0软件对液体射流泵三维流场进行了计算分析.在前处理软件GAMBIT2.1.6中将泵内的流场划分为71 153个计算单元.计算中采用可实现K-ε双方程模型,边界条件为压力进口、压力出口,速度、压力采用SIMPLEC算法.计算得出了射流泵内部的流场分布,其结果可以为射流泵的设计提供依据.
【总页数】3页(P13-15)
【作者】常洪军;朱熠
【作者单位】武汉大学动力与机械学院湖北武汉 430072;武汉大学动力与机械学院湖北武汉 430072
【正文语种】中文
【中图分类】TP271.31;O242.1
【相关文献】
1.环形自激振荡射流泵内部流动特性的数值模拟 [J], 高全杰;李海洋;汪朝晖;杨宵
2.浅谈射流泵内部流场数值模拟研究现状 [J], 陈文徽;韩岐清;李少甫;孙福山;王新红
3.液体射流泵内流场的数值模拟 [J], 陈雨涵;何燕彬;李兰;崔晓云
4.液体射流泵内部流动分析:Ⅱ理论计算参数确定 [J], 王玉川;曹树良;高传昌;王松林
5.液体射流泵内部流动分析:Ⅰ试验与三维数值模拟 [J], 王松林;王玉川;桂绍波;高传昌;曹树良
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华北水利水『乜学院硕论文喉管流速...

４．３．１恒定液体射流泵内部流场的模拟轮廓图模拟恒定液体射流泵内部流场，当计算达到收敛精度时，内部流场的速度、压力基本趋于稳定。

图禾２为初始工作压力Ｐｏ－ｏ．２Ｍｐａ，面积比ｍ＝６．２５，喉管直径ｄ＝２５ｍｍ，喉管长Ｌ＝２００ｍｍ时，射流泵内部的压力场轮廓图；图４．３为初始工作压力Ｐｏ＝ｏ。

２５Ｍｐａ，面积比ｍ＝２．７８，喉管直径ｄ＝２５ｍｍ，喉管长Ｌ＝２００ｍｍ时，射流泵内部的速度场轮廓图。

图４．２压力场轮廓图Ｃｈａｒｔ４－２ＴｈｅＣＯｎｔＯＵｒｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅ图４１３速度场轮廓图Ｃｈａｒｔ４－３Ｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙ３９４．３．２脉冲液体射流泵内部流场的模拟轮廓图模拟脉冲液体射流泵内部流场，当计算达到精度时，脉冲过程呈现交替性变化，图４．３和图４－４分别为初始工作压力Ｐｏ＝０．２５Ｍｐａ，面积比ｍ＝１１．１１，喉管直径ｄ＝４０ｍｍ，喉管长Ｌ＝４００ｍｍ，周期Ｔ三１．５＋Ｉ时，射流泵内部不同时刻的压力场及速度场轮廓图。

图４－＿４压力场瞬时轮廓图Ｃｈａｒｔ４－４ＴｈｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｏＤｌｌｔｏｕｒｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅ图４＿＿５速度场瞬时轮廓图Ｃｈａｒｔ４－５Ｔｈｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｃｏｎｔｏｕｒｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙ４．３．３脉冲液体射流泵内部速度场的矢量图图４．６为喉管直径ｄ＝２５ｍｍ，喉管长Ｌ＝２００ｍｍ，面积比ｍ＝６．２５，平均流量比ｇ＝０．６１，初始工作压力Ｐｏ＝０．２５Ｍｐａ，周期Ｔ＝（１．５＋Ｄｓ，不同时刻的瞬时速度矢量图。

４１华北水利水Ｉｎ学院硕ｌ’论空图４．６脉冲速度场矢量图Ｃｈａｒｔ４－６Ｔｈｅｖｅｃｔｏｒｏｆｊｃ！ｖｅｌｏｃｉｔｙ图４．７为喉管直径ｄ＝２５ｍｍ，喉管长Ｌ＝２００ｒａｍ，面积比ｍ＝４．３４，平均流量比石＝０．５２，初始工作压力Ｐｏ＝０．２５Ｍｐａ，周期Ｔ＝（１．５＋１）ｓ，不同时刻的瞬时速度矢量图。

图４－７脉冲速度场矢量图Ｃｈａｒｔ４－７Ｔｈｅｖｏｃｌｏｒｏｆｊｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙ图４－８为喉管直径ｄ＝２５ｍｍ，喉管长Ｌ＝２００ｒａｍ，面积比ｍ＝２．７８，平均流量比ｉ＝０．５８，初始工作压力Ｐｏ＝０．２５Ｍｐａ，周期Ｔ＝（１．５＋１）ｓ，不同时刻的瞬时速度矢量图图４－８脉冲速度场矢量图Ｃｈａｒｔ４－６Ｔｈｅｖｅｃｔｏｒｏｆｊｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙ限于篇幅，本文只列出了脉冲液体射流泵部分工况下的内部流场矢量图，对图４．６到４．８喉管内部不同断面的速度分布分析整理得各个工况下最优喉管长度范围，如表４．１和表４．２：。

射流泵空化流动的数值模拟

段的非定常气液两相空化流动过程进行了数值模拟，包括射流泵内空化初生、空化发展及剧烈空化等不同过程的空化流动．捕捉到了气泡从射流边界层内初生，随着主流一起向下游流动、分裂、
聚合、胀及消失的过程，膨模拟结果与试验观测一致．计算所得到的初生空化数也与试验值基本
Ｂｉｎ００，ｈｎ；．｛ｈｎＳｃｎｈｐＤｓｎ＆ＲｓａｃｎｔｕｅＷｕａ，ｂｉ３０４ｈｎ）ｅｉｇ１０Ｃｉ３ＶｕａｅｏｄＳｉｅｉｊ１９ａｇｅｅｒｈＩｓｔｔ，ｈｎＨｕｅ４０６．Ｃｉａｉ
ａｄｗｏｂｉｇｄｗｎｔｅｍｔｈｉｏｕｂｌｎｏｓｒａｗｉｈｔｅｍａｎｆｗ，ｂｂｌｐｉｎｌｕｂｅｓｌｔｇ，ｂｂｌｏｖｒｉｇ，ｂｂｌｎｔｎｎｉｕｂｅｃｎｅｇｎｕｂｅｉｆａｉｇａｄ
பைடு நூலகம்
中图分类号：Ｖ３．２Ｔ３文献标志码：Ａ文章编号：１７８３（００００００Ｔ１１３；Ｈ８６４— ５０２１）１— ０７— ５
Ｎｍｅｉａｓｌｔｎｏａｉｔｇｆｗｗｔｉｅｕｕｒｃｌｉａｉｎｃｖｔｉｏｉｎｊｔｐｍｐｍｕｏａｎｌｈ
ＬｎｉｉｈＱａ ‘ ，ａｉＣｉｉｈ，ＷｎｅｇｎｏｇＸｎｎ，Ｃ。ｐｇｉ一ＨｎＮｎ，ａＢａＭｎｇｏａｇＦｎｆｇｉ

脉冲液体射流泵性能参数的数值研究

Ｃｌ４
而。
管出口断面上的流速分布不均匀动量修正系数，有
１脉冲液体射流泵的计算模型
脉冲液体射流泵的基本工作原理如图１所示，
其基本性能时均值方程式为ｌ２１】＿
６：Ｉ：ｆ
；；，为液体无因．、脉冲次时均
＝
ｙｏｌｕｏ
值惯性力与惯性水头，有：
（
ＬＪ
之＋
Ｉ一｛＋＿ｍ
（：０卜２一赤［孝ｑ＋（２２［＋０ｑｔ）％ｑ＋ｓ（ｔ］￣１ｑ＋（ｔｌｏ［ｍｏｙｑｗ）＋砜 — ｌ｝
水头的变化规律及其对性能的影响，结果表明脉冲射流可以使流体在喉管出口处得到更充分的混合，并且改善射流泵的最优工作参数和范围。
关键词：脉冲液体射流泵；时均性能；最优工作参数；动量修正系数
ｈａｆｐｌｄｌｕｄｊｔｕｐａｅｑａｔａｖｌｓｄｅａｅｎｔｅｔｅａｅａｅｂｓｅｏｍｎｅｅｕｔｎａｄｔｅｅｄｏｕｓｉｉｍｒｕｎｉｔｅｔｉｂｓｄｏｉ－ｖｒｇａｉｐｒｒａｃｑａｉ，ｎｈｅｑｅｐｔｉｙｕｄｈｍｃｆｏｉｐｃｎｐｒｒａｃｒｌｎｌｅ．ｈａｕａｏｈｗｈｔｔｅｐｌｄｊｔａａｅｔｕｄｔｂｒｆｌｍａｔｏｅｏｍｎｅａｅａｏａａｚｄＴｅｃｌｌｔｎｓｏｓｔｕｓｅｃｎｍｋｈｆｉｏｅｍｏｅｕｌｓｆｓｙｃｉａｈｅｅｌｙ

脉冲射流下气力输送系统特性的数值模拟研究

第30卷第2期江苏理工学院学报JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.30，No.2 Apr.，20242024年4月气力输送是输送散装物料的重要工业运输方式，其根据运输物料的标准，可使用不同的运输形式，如稀相输送和密相输送。

在这种充满粒子的湍流流动中，存在着许多影响粒子运动的复杂微物理现象，如粒子之间的碰撞、粒子与壁面的碰撞、湍流流动等。

因此，密相输送有可能会使颗粒在管道中堆积，从而导致管道堵塞和振动。

为了避免这些不利影响，气力输送可以采用稀相输送，但稀相输送需要具有较高的空气速度，这就会导致额外的电力消耗。

因此，在管道气力输送系统的设计中，最好能保持尽可能低的空气速度，以实现固体颗粒的连续稳定输送[1]。

为了实现这一目标，研究气力输送系统的颗粒动力学尤为重要。

在过去的几十年里，人们通过实验测量和数值模拟对气固两相流的粒子动力学进行了大量研究。

Yan等人[2]将高速PIV实验法作为气固两相流实验方法，实验数据十分可靠，但成本较高。

因此，近些年来，数值计算被广泛运用于多相流研究[3]。

Almohammed等人[4]研究对比了Eluer-Eluer和Eluer-Lagrange这两种计算方法，发现使用Eluer-Lagrange计算方法可以得出更详细的运动信息。

Ebrahimi等人[5]使用计算流体动力学和离散单元（CFD-DEM）耦合法，将数值计算的数据与LDV实验数据进行对比，发现两种方法得出的结果基本一致。

因此，CFD-DEM耦合计算法可以较好地模拟颗粒在管道内的流动情况，也更易提取颗粒的运动信息[6-8]，这对优化管道气力运输系统有很大帮助。

为了降低管道气力输送系统的能耗，减小管道磨损，提高物料运输的稳定性，学者们做了很多研究工作。

Zhou等人[9]将旋风机应用于气力输送中，发现其具有较好的节能特性，且使中等旋风强度下的低平均速度和较弱旋风强度下的高平均速度的输送稳定性得到了提升。

小型气液射流泵内部流场数值模拟及优化选择

ｂｌｃｏｅａｄＶＦｍｅｏ．Ｔｅｓｕａｉｅｕｓｓｏｈｔｈａ— ｑｉｊｔｕｓｗｔｅｐｎｕｎｅｍｄｌｎＯｔｄｈｉｌｔｎｒｓｈｈｗｔａｔｅｇｓｌｕｄｅｐｍｐｉｘａ — ｅｈｍｏｉｈｓｎｎｚｌａｏｄｖｌｃｙａｄｓｔｒｓｒｉｒｕｉｓｔｅａ —ｑｉｔｕｐｉｍｄｓｉｏｚｓｈｓｇｏｅｉｎｔｉｐｅｓｅｄｓｉｔｎ，ｉｌｕｄｊｍｓｗｔ５ｍｉｏｅｏｔａｃｕｔｂｏｈｒｉｅｐｈ－
Ａｂｔｃ：Ｉｏｅｔｓｄｅｐｒｒｎｅａｄｃａａｔｉｉｓｆｈｔｎｌｏｅｆａ—ｑｉｔｓｒｔｎｒｒｏｔｙｔｅｆｍａｃｎｈｒｃｒｔｅｉｅａｆｗｆｌｏｇｓｉｕｄｊａｄｕｈｏｅｓｃｏｔｎｒｌｉｄｌｅｐｍｓｗｔａｓｗｒｉｇｆｉ，ｅｇｓｉｕｄｊｔｕｐｔｔｍｄｌｗｔｉｅｅｔｓｕｔｅｅｅｄ — ｕｐｉｉａｏｋｎｕｄｔａ—ｑｉｅｐｍｅｏｅｉｄｆｒｎｔｃｒｓｗｒｅｈｒｌｈｌｓｓｈｆｒｕ
工作气体压力和不同参数下的气液射流泵内部流动进行了数值模拟．拟结果表明，模带有扩张式
喷嘴的气液射流泵流体的速度和静压分布情况比非扩张式喷嘴的气液射流泵的好；喉嘴距为５ｍｍ气液射流泵的速度分布情况较佳；混合室直径为６ｍｍ的气液射流泵的速度分布情况较好．带有扩张式喷嘴喉嘴距为５ｍｍ及混合室直径为６ｍｍ的气液射流泵有较好的速度分布．关键词：气液射流泵；内部流场；数值模拟；嘴；混合室直径；喉嘴距喷中图分类号：２７９Ｔ４￥７．；Ｈ８文献标志码：Ａ文章编号：６４—８３２１）３— ２７— ４１７５０（００００００

蒸汽射流泵内流场数值模拟

蒸汽射流泵内流场数值模拟摘要：蒸汽射流泵作为气体压缩技术的关键部件，其内部的流动一直是研究重点。

虽然蒸汽射流泵的工作原理、结构设计已有大量的文献发表，但由于其内部流动状况较为复杂，到目前为止还没有深入的研究。

文中首先详细介绍了蒸汽射流泵的工作原理。

其次利用FLUENT计算软件对射流泵内的流场进行了数值模拟。

关键词：蒸汽射流泵，内部流场，数值模拟,研究1 引言射流泵作为液体或气体压缩技术的关键部件，是一种用来传递能量、质量的流体机械和混合反应设备，由于其本身没有运动部件，所以它结果简单、工作可靠、加工容易，且密封性好，便于综合利用。

而且射流泵本身对工作工质的要求不严格，常用于输送液体、气体和固体物。

射流泵正是凭着这些优越性，在电力、水利、冶金、交通、石油、化工、环境保护等国民经济各个部门都有广泛的应用。

但由于射流泵内部流动较为复杂，到目前还没有深入的研究。

因此，利用FLUENT软件对射流泵内的流场进行数值模拟具有十分重要的理论意义。

2 蒸汽射流泵工作原理通常用的蒸汽射流泵，主要由喷嘴、喉管、扩散管、喉管入口段、吸入室等部件组成，其结构如图1所示。

图1 蒸汽射流泵结构简图射流泵是利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备。

蒸汽射流泵的工作流体和被吸流体都是蒸汽。

其工作原理：具有一定压力的工作蒸汽沿压力管路引入喷嘴，在喷嘴出口处由于射流和空气的粘滞作用，把喷嘴附近的空气带走，使喷嘴附近形成真空，在外界大气压作用下，被抽送蒸汽被吸上来，并随同高速工作蒸汽一同进入喉管内，在喉管内两股蒸汽发生动量交换，工作蒸汽将一部分能量传递给被抽送蒸汽。

这样，工作蒸汽速度减慢，被抽送蒸汽速度加快，到达喉管末端时两股蒸汽速度渐趋一致，混合过程基本完成。

该蒸汽然后进入扩散管，在扩散管内流速逐渐降低、压力上升，最后从排出管排出。

3 蒸汽射流泵数值模拟3.1几何模型建立利用FLUENT软件中的前处理器Gambit软件生成蒸汽射流泵模型，最后生成计算网络。

液气射流泵性能研究与数值模拟

液气射流泵性能研究与数值模拟射流泵是一种利用高速射流作为动力来传递动能和质量的流体机械和混合反响设备,其本身没有运动部件,具有结构简单、安装方便、工作可靠、寿命长等优点, 在许多工艺流程中应用具有优越性和不可替代性,在国民经济的开展中起着重要的作用。

但射流泵的缺点是由于工作流体〔射流〕和被吸流体〔引射流体〕混合能量损失很大,导致泵的效率较低, 这在一定程度限制了射流泵的应用范围。

本文利用有限元软件FLUENT17.0对液气射流泵内部流场进行模拟,研究喉嘴距、面积比、喷嘴结构和喷嘴安装形式等结构形式和不同工况对射流泵流场分布规律的影响, 寻求射流泵效率较高时的结构参数和合理工况。

主要开展以下工作:以单一变量法为根底, 构建不同喉嘴距和面积比下液气射流泵流体域模型, 导入到ICEM-CFD中进行网格划分并设定射流泵的各种边界，选择Mixture多相流模型和标准k- &湍流模型来进行数值模拟。

利用CFD-Post提取泵内压力和速度分布云图，提取进出口压力和质量流量数据。

对不同结构尺寸〔面积比、喉嘴距〕液气射流泵的流场性能进行比较分析, 以效率较优为目标, 得到较优喉嘴距和面积比。

在较优喉嘴距和面积比下, 将余弦、圆锥和圆柱喷嘴的性能进行比照, 得出圆柱喷嘴射流泵的壁面压力变化和轴线上的压力变化较余弦、圆锥喷嘴射流泵更大由于工作流体经过其收缩断面, 能量损失较大, 效率相对余弦、圆锥喷嘴低。

余弦和圆锥喷嘴射流泵流场特性相近, 考虑到余弦喷嘴不易加工, 射流泵采用圆锥喷嘴更合理。

在较优喉嘴距和面积比下, 考察多喷嘴液气射流泵内部流场特性, 设计了圆形三喷嘴、三角形三喷嘴、环向四喷嘴、中心四喷嘴和六喷嘴这五种多喷嘴射流泵,并使多喷嘴的喷嘴出口总面积等于单喷嘴且在同样边界条件下模拟。

本次设计的多喷嘴效率整体低于单喷嘴,说明多喷嘴不总是可以提高泵的效率, 喷嘴自身的结构和布置形式会影响泵的效率。

比照研究了平行六喷嘴和 2 种倾斜角度不同的聚焦六喷嘴射流泵的效率,得出聚焦多喷嘴可以提高泵的效率,喷嘴倾斜角越大,越有利于射流进行交汇, 形成的高速流核区向前推进的距离越大, 越有利于水射流与气体混合, 提高泵的效率。

吸入室直径对液气射流泵流场特性影响的数值模拟

吸入室直径对液气射流泵流场特性影响的数值模拟王佼;王迎樑;张峰【摘要】为了全面分析液气射流泵内部结构对液气射流泵吸气性能的影响,以提高液气射流泵整体吸气性能.利用Fluent软件对不同吸入室直径下液气射流泵内部流场进行了三维数值模拟,获得了液气射流泵内部压力场和速度场分布以及轴心静压曲线,并拟合出压力比、流量比、效率与不同吸入室直径的关系曲线.对比分析表明,吸入室直径的大小会对液气射流泵内部压力、速度及吸气效率产生很大影响.射流泵其他结构一定时,吸入室直径大小存在最优值或者最优范围,使得液气射流泵的吸气性能最佳.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2015(000)009【总页数】4页(P43-46)【关键词】Fluent;液气射流泵;吸入室直径;效率【作者】王佼;王迎樑;张峰【作者单位】太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原030024;太原理工大学机械工程学院,山西太原030024;太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH138;TU992.2引言离心式水泵是城市污水处理中的核心设备，离心式水泵正常排水前必须预先给泵体内灌水。

加底阀的灌水方式因为无形中增加了离心式水泵的抽水阻力，所以人们越来越倾向于采用无底阀抽真空灌水的方式来给泵体内灌水。

液气射流泵因为其结构简单、运行费用低、无运动部件、维修少、耐脏抗污、安全节能等优点，成为给离心式水泵抽真空灌水最理想的辅助设备。

液气射流泵是利用液体的紊动卷吸作用来抽吸空气以获得真空环境的喷射装置。

如图1所示，其主要由射流管、吸入管、喷嘴、喉管、扩散管、吸入室等组成。

液气射流泵的研究和应用至今已经有100多年的历史，国内外学者通过大量的试验研究，同时发展形成一系列的湍流理论，但由于液气射流泵两相湍流的复杂性，仍然不能完全认知其内部流动机理，抽吸效率低一直得不到有效改善，制约其进一步的发展应用。

图1 液气射流泵结构及其流态研究表明，液气射流泵的结构参数对液气射流泵的吸气效率影响显著，要想获得较高效率，喉管与喷嘴面积比要保持在4.5～6.2倍[1]，喷嘴距大致在1～1.7倍喷嘴直径[2]，喉管长径比最优范围为4～7倍[3]，扩散管扩散角应取在5°～8°[4]。

射流泵湍流场的数值模拟与实验研究

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第２Ｏ卷第２期２０年４月０６
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Ｎｏ２、１Ｏ．，．０２Ａｐ．２０ｒ０６
ＪｕｎｌｆｈｍｉａＥｇｎｅｉｇｏｉｅｅＵｎｖｒｉｅｏｒａｏｅｃｎｉｅｒｆｎｓｉｅｓｉｓＣｌｎＣｈｔ
ｈｏｍｅｃｅｎｔｔｏｔｅ．ｈｒｆｒａｂｅｎｔｔｂｌｎｅｉｐｏｕｅｉｌｔｅｆｒｒｓｍｕｈｌｇｒａａｆｅｌＲｒＴｅｅｏｅｉＣｅｓｅａｅｔｒｕｅｃｓｒｄｃｄｍａｎｙｉｒａｈｔｈｈａｔｎｈｔｕｈｉｅｅｔｃｆｅｔｒａ．ｅｕｂａｃｆｕｂｌｎｎｒｌｂｉｇａｏｔｅａｄｔｎｎｒｓ＋ｅｎｔｎａｅｏｔｈｏｔＴｈｎａｎｅｏｔｒｕｅｔｅｇｗｉｒｂｕｄｉｏａｅｅｇｌｓＴｈｈｒｎｈｌｅｙｌｎｈｔｉｌｙｏｃｎｌｓｎｆｅｓｄｅｈｌｆｌｅｅｇｎｅｉｇｐａｔｅｏｃｕｉｓｔｙａｅｐｕｔｎｉｅｒｒｃｉ．ｏｏｔｕｈｒｏｔｈｎｃ
ｓｌｅｔｒｕｅｔｏｅｅｐｍｐａｄｃｒｓｏｄｇｅｐｒｎｓｒｐｒｒｄＴｅｒｓｌｈｗｉａｅｔｂｌｗｉｔｔｕ，ｏｒｐｎｉｘｅｉｔｗｅｅｅｆｍｅ．ｈｕｔｓｏｍｕｔｈｕｎｆｌｎｈｊｎｅｎｍｅｏｅｓ

液气射流泵内部流场的数值计算_向清江

2008年5月M a y 2008第29卷　第3期V o l .29　N o .3液气射流泵内部流场的数值计算向清江1,袁寿其1,何培杰2,李同卓3(1.江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江212013;2.武汉大学动力与机械学院,湖北武汉430072;3.河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000)摘要:通过闪频仪观测,泵内部流动可分为分层流、液滴流和泡状流.为了简化模拟和计算,将计算区域分为部分喉管和扩散管两块.对液气射流泵喉管内部射流流动,建立抛物型流动方程组,采用控制容积法将方程组离散,并用T D M A 法求解;对扩散管内部泡状流,采用双流体模型建立液气两相流方程组,混合有限分析法离散,压力耦合半隐式方法(S I M P L E )求解.数值模拟获得液气射流泵内部流速分布.计算预测的射流碎裂位置与试验观测结果一致;壁面压力分布计算值与试验值吻合较好,趋势相近.计算结果能够较好地反映液气射流泵外部水力性能,为液气射流泵的优化设计与运行提供参考.关键词:液气射流泵;数值模拟;液气两相流;混合有限分析法;泡状流中图分类号:T B 752 文献标志码:A 文章编号:1671-7775(2008)03-0231-05N u m e r i c a l s i m u l a t i o no f l i q u i dj e t g a s p u m pX I A N GQ i n g -j i a n g 1,Y U A NS h o u -q i 1,H EP e i -j i e 2,L I T o n g -z h u o3(1.F l u i dM a c h i n e r yE n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r ,J i a n g s uU n i v e r s i t y ,Z h e n j i a n g ,J i a n g s u 212013,C h i n a ;2.S c h o o l o f P o w e r a n dM e -c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,Wu h a n U n i v e r s i t y ,Wu h a n ,H u b e i 430072,C h i n a ;3.S c h o o l o f P o w e r a n d M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,H e n a n P o l y -t e c h n i c U n i v e r s i t y ,J i a o z u o ,H e n a n 454000,C h i n a )A b s t r a c t :T h e c o m p l i c a t e d i n n e r f l o ws t a t e o f t h e l i q u i d j e t g a s p u m p i s n u m e r i c a l l y a n d e x p e r i m e n t a l l y s t u d i e d .T o s i m p l i f y t h e p r o b l e m ,t h e c o m p u t a t i o n a l d o m a i n w a s d i v i d e d i n t o t w o b l o c k s :t h e p u m p t h r o a t a n d t h e d i f f u s e r .J e t f l o w i n t h e t h r o a t w a s s i m u l a t e d b y p a r a b o l i c e q u a t i o n s w i t h t h e c o n t r o l v o l u m e m e t h -o d ,a n d t h e e q u a t i o n s w e r e s o l v e d b y t r i d i a g o n a l m a t r i x a l g o r i t h m .I n t h e d i f f u s e r ,w h e r e t h e f l o w s t a t e i s b u b b l y f l o w ,e q u a t i o n s w e r e e s t a b l i s h e d b y t h e t w o -f l u i d m o d e l ,t h e d i s c r e t i z a t i o n s c h e m e w a s t h e h y b r i d f i n i t e a n a l y s i s m e t h o d ,a n d t h e e q u a t i o n s w e r e s o l v e d b y S I M P L Ea l g o r i t h m .T h e v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n a n d t h e p o s i t i o n w h e r e j e t b r e a k u p t a k e s p l a c e w e r e o b t a i n e d .T h e c a l c u l a t e d w a l l p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n s w e r e i n g o o d a g r e e m e n t w i t h t h e e x p e r i m e n t a l d a t a ,w h i c h s h o w s t h a t t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s c a n r e f l e c t t h e e x -t e r n a l h y d r a u l i c c h a r a c t e r i s t i c s f o r t h e l i q u i d j e t g a s p u m p .K e y w o r d s :l i q u i d j e t g a s p u m p ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;l i q u i d -g a s t w o -p h a s e f l o w ;h y b r i d f i n i t e a n a l y s i s m e t h o d ;b u b b l y f l o w收稿日期:2007-04-24基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(B K 2007089);国家高技术研究发展计划863项目(2006A A 100211)作者简介:向清江(1974—),男,湖北宜都人,博士(x i a n g q j @163.c o m ),主要从事流体机械及喷射技术的研究.袁寿其(1963—),男,上海人,教授,博士生导师(s h o u q i y @u j s .e d u .c n ),主要从事流体机械及工程、排灌机械的研究. 液气射流泵是一种快速液气混合和反应装置,在石油、化工、电力及环保工程等领域中应用广泛.例如在火电厂汽轮机冷凝器中抽不凝气,污水处理厂中射流曝气装置,化工装置中自吸式喷射环流反232第29卷应器,制冷设备中喷射膨胀制冷循环装置等.其工作原理是利用高压水射流抽吸二次流体(气体),进行能量传递、动量传递和质量传递.具有体积小,结构简单,传质与吸收能力强等优点[1].液气射流泵内部流动复杂,通过闪频仪对有机玻璃液气射流泵内部流动观察,流动状态在射流方向按空间可分为:液气分层流;液滴及气体混合流;液气泡沫两相流.由于内部存在不同的液气两相流流型,且含气率较大,因此采用分块计算的方法来简化问题.分界面上的重要假设是从液滴分散的两相流直接转换为气泡分散的两相流,因此在分界面必须保持流动参数一致,例如节点各相速度、断面压力、含气率等.分块计算的算例可参考文献[2]采用G a l e r k i n方法模拟单相流射流泵内部流动.在对液气射流泵的研究中多是以一维两相流理论为主,研究集中在性能方程的推导,结构形式的改进,效率的提高.采用数值模拟的方法研究液气射流泵内部流动状态的文献很少,对于喉管内流动,可参考制冷装置中喷射器数值模拟,如M e n e g a y[3]建立双流体模型对液滴分散流动的数值模拟.江帆[4]研究射流曝气器时分别给出了射流流动数学模型,两相流数学模型.对于扩散管内流动,可参考鼓泡塔内液气两相流数值模拟计算.对于性质仍接近于单相流的稀疏气泡两相流,即小含气率情况下,在射流泵中的应用为射水抽液气两相流体,数值模拟可参考文献[5],喻健良[6]做了相关性能方程试验.大含气率情况下,处理两相湍流比较困难,文中计算时没有考虑分散相气相湍流,气相对液相湍流的影响仍采用S a t o建议的公式.扩散管中计算时采用的离散方法为混合有限分析法,其中相体积分数方程α另采用有限容积法迎风格式离散.压力修正方程中修正的是总容积连续方程,在校正液气两相体积分数时实现质量守恒.1　数学模型及方程离散求解1.1　喉管内数学模型对于具有明显主流方向的射流流动,忽略主流方向的扩散作用,采用抛物型方程模拟.由于涉及到水与气两种不同流体,采用两流体流动模型,对两相分别写出质量、动量、能量守恒方程,通过相界面相互作用将两方程组耦合.方程组建立时其他假设为:忽略重力影响,稳态紊流,无相变,采用控制体离散时认为控制体中分散相足够分散.柱坐标形式下二维守恒方程组形式如下:轴向质量守恒为x(αkρk r u k)+r(αkρk r v k)=0(1)轴向动量方程为x(αkρk r u2k)+r(αkρk r u k v k)=-αkd(r P)d x+rαk rμku kr+r F x(2)径向动量方程为r(αkρk r v2k)+x(αkρk r u k v k)=-rαkd Pd r+r2αk rμkv kr+xαk rμku kr-2μkαk v kr+r F r(3)其中u,v分别代表轴向和径向速度;r为径向方向;α为容积分数;ρ为密度;P为压强;μ为粘性系数;下标k代表液相或气相;F x与F r为轴向与径向相间作用力.相间阻力表达形式为F x=3ρcαd C D4d dV2-V1(u2-u1)(4)其中下标c代表连续相;下标d代表离散相;符号d 为分散相粒子平均粒径,这里采用S a u t e r平均粒径, C D为曳力系数,利用I s h i i[7]的结果为C D= 24(1+0.1R e0.75)R e,式中相间雷诺数为R e=d dρc V rμm;粘性系数μm=μc/αc;相间相对速度为V r= (u2-u1)2+(v2-v1)2.补充体积分数方程α1+α2=1,使方程组封闭.湍流模型选用普朗特混合长度模型,方程组离散前将其无因次化,采用喉管半径R0为特征长度,喷嘴出口断面平均流速u m为特征速度.1.2　扩散管内数学模型建立扩散管内气泡分散的液气两相流流动时所做的假设有:①泡状流,稳态紊流;②液气两相处于绝热,等温状态;③不考虑相间表面张力;④无相变;⑤不考虑气泡变形和气泡直径大小分布,认为尺寸均一,按平均值计算.对于液气射流泵,含气率较大,仍然采用泡状流的假设是可以的,因为经过剧烈液气混合后,气相被剪切成微小气泡,成乳化状态,通过试验照片也得到证实.数学模型为·(αkρk u k)=0(5)第3期　向清江等:液气射流泵内部流场的数值计算233　·(αk ρk u k u k )=- (αk p k )+·[αk (τk +τTk )]+αk ρk f +M k(6)式中αk 为容积分数;ρk 为密度;p k 为静压强;τk 为剪应力张量;τTk 为湍动力应力张量;f 为体积力;M k 为相间动量;一个上划线表示变量的密度加权平均,两个上划线表示变量相平均.采用雷诺时间平均以及B o u s s i n e s q 假设,对两流体模型下质量守恒与动量守恒方程中的脉动关联项进行模化,忽略三阶小量,认为气液两相每一相不可压缩,采用标准两相k -ε湍流模型,脉动量模化与简化后写成混合有限分析法标准形式为D 2x 2+C 2r2-2A Dx -2B C r-E +F =0(7)式中为求解变量,A～F 为混合有限分析法系数.由于计算区域为不规则区域,采用微分方法进行贴体坐标变换,变换后仍整理为混合有限分析法形式.2　初始条件与数值计算方法2.1　喉管内流动初始条件液气射流泵计算区域如图1所示.图1　液气射流泵计算区域示意图F i g .1　C o m p u t a t i o n a l r e g i o n s o f l i q u i d j e t g a s p u m p为简化计算,忽略前部收缩段的计算,即图中虚线部分,以喉管初端设为液气射流泵计算初始边界,相似于喷嘴在喉管初端喷射,此时喷嘴轴线速度及径向速度变化很小(实际水流经过薄壁孔口后流线有收缩和膨胀阶段),喉管入口端初始流速由水流量和孔口系数得出,初始相体积分数α由液相与气相初始体积流量给出.所假定的绝热壁面与轴对称线上,已知u w =v w =0, u r a i x=0,　v a i x=0(8)采用T D M A 迭代方式求解.其中下标w 代表绝热壁面;a i x 代表轴对称线.2.2　扩散管内初始条件入口条件:由前一块计算区域末端结果给出,因此速度参数以第一类边界条件为主,可编制成数据文件读入,或按断面速度分布拟合为公式给出,但要保证断面守恒性.对于含气率可以断面平均值给出;压力以网格左上角为参考点,设为零,实际已由前一计算块算出.k 与ε的初值如下,将固壁边界层的厚度取为半径的0.1倍,壁面速度值已知.k=C k U 2 ,　0≤r <0.9R 0C k U 2l g 1.0-(R 0-r )δ　,　0.9R 0≤r <R 0(9)ε=C 3/4μk3/2κδ ,　0≤r <0.9R 0C 3/4μk3/2κ(R 0-r )+1.0E-30　,　0.9R 0≤r <R 0(10)式中δ=0.1R 0;κ=0.41;经验系数C k 取0.1%～1.5%;C μ=0.09.出口:u kx=c o n s t (11)轴线上:r=0(12)方程的求解过程中,对于α方程,由两相共存的概念,体积分数方程实际值范围为0～1,对于超出范围采用加权平均将余量反馈到气相体积分数αg和液相体积分数αl中去.程序分为两部分,首先解决坐标变换问题,求出坐标变换常数,然后按照S I M P L E 算法解计算平面上的离散方程组.3　计算结果喉管直径30m m ,泵稳定工作时喷嘴流量(高压工作水)1.6L /s ,气相流量3.2L /s .液滴平均直径设为0.3m m ,获得的喉管内流速分布图、速度矢量图和计算壁面压力与试验点对比图分别如图2,3和4所示.抛物型方程无法求解回流问题,由于程序在遇到壁面剪切力趋近零时中断,需要对发生回流作出判断.单相流有限空间射流控制参数C t 可以判断回流出现及反映回流长度和回流强度[8],同样也可用H i l l 数来反映,H i l l 数越小越容易发生回流,但在具体的临界数值上还没有相关试验结论,因此程序的计算是在初始参数基础上调试边界层系数.234　第29卷图2　喉管速度等值图F i g .2　C o n t o u r s o f v e l o c i t y i nt h r o at图3　喉管液相速度矢量图(x 方向缩小0.15)F i g .3　L i q u i d v e l o c i t y v e c t o r s i nt h r o a t(0.15s c a l e i nx d i r e c t i o n)图4　计算壁面压力与试验点F i g .4　C o m p a r i s o n o f c o m p u t a t i o n a l w a l l p r e s s u r ep r o f i l e s w i t he x p e r i m e n t a l d a t a由图2a 液相速度分布和图3速度矢量可以看出,轴心速度下降的很少,原因在于分散的液滴在气相中所受阻力较小.从速度图中可以看出,计算出的径向速度比轴向速度小几个数量级.从图2c ,2d 径向速度分布看,在某一断面上有突变情况出现,这是由于程序中采用了速度边界层的假设,认为射流边界层与壁面速度边界层相交的地方是射流碎裂的地方.通过试验观测,计算的碎裂发生时长度值与实际值接近,而通过压力图4更直观反映出压力突升的地方就是碎裂发生的地方,程序计算的壁面压力与试验值接近.压力突升在文献中定义为m i x i n gs h o c k ,详细叙述可参考文献[1],关于计算区域1出口断面的速度分布,含气率分布等可参考文献[9],为下一计算区域提供初始条件.计算中液滴直径采用了估计值,在程序中改变粒径大小,改变了两相相互作用力,速度分布变化不明显,压力随粒径减小而增大,存在一定的液滴直径范围使程序运行通过.对于扩散管中的计算,经过约1.2×104步迭代后,两相混合物连续方程精度达到10-7收敛,获得的两相流速度分布图和流场含气率分布图分别如图5,6所示.图5　扩散管速度分布图F i g .5　V e l o c i t y d i s t r i b u t i o ni nd i f f u s er图6　扩散管流场含气率分布F i g .6　V o i d f r a c t i o nd i s t r i b u t i o ni nd i f f u s e r上面速度分布图中速度仍是以液气射流泵喷嘴处的速度为参考,从液相速度等值分布图4a 看出,液相速度在扩散管内减速,在壁面以及出口地方并没有回流发生.液气两相的径向速度在扩散管初端显示的值比较大,这是由于受固壁扩散角转折边界的影响.图4b 气相轴向速度分布看出气相速度减速很快,速度值变的较小,说明气相速度在扩散管中有滞留的趋势,从含气率分布图6看出,气相大致是均匀分布的,全场含气率变化不大,仅在出口处有增大的趋势.图7为液气射流泵扩散管内液相速度矢量图.第3期　向清江等:液气射流泵内部流场的数值计算235　图7　扩散管液相速度矢量图F i g.7　L i q u i d v e l o c i t y v e c t o r s i nd i f f u s e r4　结　论分块计算的简化方法用于模拟液气射流泵内部存在明显不同流动状态的流动,分别建立数学模型进行数值模拟.对液气射流泵内部流场数值计算的文献极少,还没有关于内部流动状态与外部特性参数相关联的文献,文中没有讨论各尺寸变化对流态的影响,这需要对液气射流泵两块计算区域分别调试程序计算,这是有待进一步完善的内容.通过求解抛物型数学模型,获得喉管内液气两相流动状况,由速度边界层假设获得水射流碎裂位置,但实际引起水射流碎裂的原因是多样的,采用文中的方法获得了与试验一致的碎裂位置,以及和试验相近的壁面压力分布,说明速度边界层假设以及文中的计算结果能反映液气射流泵外部水力性能.通过计算获得扩散管内部液气两相流动分布,在大含气率情况下,气相流动状态对液气射流泵外特性有很大影响,需要通过试验对气相流动参数进行验证,从而改进气相对液相湍流影响的数学模型.参考文献(R e f e r e n c e s)[1]　向清江,何培杰,陆宏圻.射水抽气器最大吸气流量[J].农业机械学报,2006,37(3):145-148.X I A N GQ i n g-j i a n g,H EP e i-j i e,L UH o n g-q i.M a x i m a lf l o wr a t eo fg a ss u c t i o n b yw a t e rj e t a i re j e c t o r[J].T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s eS o c i e t yf o r A g r i c u l t u r a l M a-c h i n e r y,2006,37(3):145-148.(i n C h i n e s e)[2]　郭新贵,倪福生,胡沛成,等.基于G a l e r k i n有限元方法的射流泵流场数值模拟[J].上海交通大学学报,2001,35(1):149-152.G U O X i n-g u i,N IF u-s h e n g,H u P e i-c h e n g,e ta l.G a l e r k i nF E M-b a s e dn u m e r i c a l s i m u l a t i o no f f l o w f i e l di n j e t p u m p[J].J o u r n a l o f S h a n g h a i J i a o t o n g U n i v e r s i-t y,2001,35(1):149-152.(i n C h i n e s e)[3]　M e n e g a yP e t e r.AC o m p u t a t i o n a l M o d e l f o r T w o-P h a s eE j e c t o rF l o w[D].V i r g i n i a:V i r g i n i a P o l y t e c h n i c I n s t i-t u t e a n d S t a t e U n i v e r s i t y,1997.[4]　江　帆,陈维平,李元元,等.基于射流与两相流的射流曝气器研究[J].流体机械,2005,33(6):18-21.J I A N G F a n,C H E N We i-p i n g,L IY u a n-y u a n,e t a l.S t u d y o f j e t a e r a t o r b a s e d o n j e t f l o wa n d t w o-p h a s e f l o w[J].F l u i dM a c h i n e r y,2005,33(6):18-21.(i nC h i n e s e)[5]　廖定佳.液气二相湍射流和射流泵的数值模拟及实验研究[D].武汉:武汉水利电力大学,1997. [6]　喻健良,郭雪华,胡晓石.液-液气射流泵的试验研究[J].化学工业与工程,2001,18(2):103-108.Y U J i a n-l i a n g,G U O X u e-h u a,H U X i a o-s h i.E x p e r i-m e n t a l r e s e a r c ho f l i q u i d-l i q u i d＆g a sj e t p u m p[J].C h e m i c a l I n d u s t r ya n dE n g i n e e r i n g,2001,18(2):103-108.(i nC h i n e s e)[7]　I s h i i M,M i s h i m a K.T w o-f l u i d m o d e l a n dh y d r o d y n a m i cc o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s[J].N u c l e a r E n g i n e e r i n ga n dD e-s i g n,1984,8:107-126.[8]　龙新平,刘景植,陆宏圻,等.射流泵外特性与其内部流场关系的研究[J].水动力学研究与进展,1996,11(5):554-560.L O N GX i n-p i n g,L I UJ i n-z h i,L UH o n g-q i,e t a l.S t u d yo nr e l a t i o nb e t w e e n p e r f o r m a n c e o f j e t p u m p a n di t s f l o wf i e l d[J].J o u r n a l o f H y d r o d y n a m i c s,1996,11(5):554-560.(i n C h i n e s e)[9]　向清江.液气射流泵的气体吸收实验及内部流动数值模拟[D].武汉:武汉大学动力与机械学院,2006.(责任编辑　宋　旭)。

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京：北京理工大学出版社，２０１０．
李进良，李承曦．精通Ｆｌｕｅｎｔ６．３流场分析［Ｍ］．北京：化学
工业出版社．２００９．
小决定出口水流温度．管径越大则出口水流温度越高：在热水进口管径一定时．冷水进口流速的大小虽然能够影响热水进口的流量．但是不会引起出口水流温度的变化。
可知．在热水进口为标准大气压时，热水进口管径的大
王碧玲．渐缩管和渐阔管阻力系数的快速确定方法［Ｊ］．山西化工，１９８８，４（２）：９１ — ９２．
归柯庭．工程流体力学［Ｍ］．北京：科学出版社，２００３．韩占忠．ＦＬＵＥＮＴ一流体工程仿真计算实例与分析［Ｍ］．北
脉冲液气射流泵内部流场的数值模拟
口陈磊口刘树林
上海２０００７２上海大学机电工程与自动化学院
摘要：脉冲射流相对于恒定射流可较大程度提高液气射流泵效率．利用计算流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ对脉冲液气射流
朱红钧．Ｆｌｕｅｎｔ流体分析及仿真试用教程［Ｍ］．北京：人民邮
电出版社．２０１０．
△
（编辑小前）
机械制造５１卷第５８８期
２０１３／８国
是：丁作液体通过喷嘴高速喷出。同时静压能部分转换为动能。由于射流的卷吸作用．吸入室内形成真空，被吸气体被吸入室内。两股流体在混合室中进行混合
（２）：２３－２４．
３结束语
引流式冷热水混合管在传统文丘里管的基础上经过简单改进，通过水流动压和静压的转换提供引流动力来实现冷热水的混合，具有结构简单，不易损坏等优点．在换热和化工设备中应用相对广泛。通过以上拟和分析。首先研究在脉冲射流情况下，停止工作射流后液气射流泵内部流场的状况：然后对相同工作条件、不同脉冲频率下的液气射流泵进行数值模拟，并研究分析各个脉冲频率下液气射流泵效率，得出最佳工作频率。
段，热水进口压力越大，出口水流温度则相对较高。以上结论可以为引流式冷热水混合管的实际应用提供参考依据。
参考文献
魏同成．喷射管与文丘里管的设计［Ｊ］．化工设计，１９９３，６
收稿日期：２０１３年３月
率，得出最佳工作频率。
１液气射流泵工作原理
液气射流泵基本结构如图１所示．主要由喷嘴、吸
人室、混合室、扩压室４个主要部件构成。其工作原理
由于特殊需要，在实际应用中通常不改变引流式
关键词：脉冲液气射流泵数值模拟脉冲射流脉冲频率
中图分类号：ＴＨ４５１
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００ — ４９９８（２０１３）０８ — ００２９ — ０３
液气射流泵是一种通过液体射流对气体进行抽吸和压缩的流体机械和混合设备，具有无运动部件、
冷热水混合管结构，而通过在热水进口附加压力来改变出口水流温度，在此种情况下，冷水进口流速增大，出口水流温度则会逐渐减小并趋于当热水进口压力为
标准大气压力时的出口水流温度，同时．在温度递减阶
口
１ｊ
结构简单、工作可靠、安装方便等优点，适合于高温、
高压、强辐射等特殊工作条件下，广泛应用于石油、化
工、消防、电力及环保等领域＿Ｉ＿２］，但是其传能效率低．
限制了其进一步推广应用。试验研究表明ｌ３］．脉冲射流的传能效率明显高于恒定射流。在对液气射流泵进行数值模拟时，江帆等人［采用二维全流场数值模拟。向清江等人［将计算
区域分为部分喉管和扩散管两块，采用分块计算的方
法进行数值模拟。本文通过三维全流场数值模拟的方法，对脉冲液气射流泵内部流场进行深入研究，并对相同工作条件、不同脉冲频率下的液气射流泵进行数值模拟。并研究分析各个脉冲频率下液气射流泵的效