蒸汽射流泵内流场数值模拟

蒸汽射流泵内流场数值模拟

黄新民马明坤

（山东电力建设第三工程公司山东青岛266100）

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。

对于蒸汽射流泵，选其参数为：喷嘴直径d1=60mm，引射流体口直径d2=60mm，喉管直径d3=40mm，喉管长度Lk=240mm，根据以上尺寸，可生成蒸汽射流泵模型。3.2网格划分

对于文中的射流泵几何模型是通过由GAMBIT生成的模型进行的网格划分。采用适应性很强的Tgrid混合网格进行整体划分。

3.3边界条件的确定

（1）进口边界条件

进口边界定义为压力进口。

（2）出口边界条件

出口边界同样定义为压力出口。

（3）固体壁面边界条件

固壁上满足无滑移条件，文中所研究的蒸汽射流泵固体壁面边界条件，直接根据FLUENT软件所提供的参数，保持默认即可。

3.4数值模拟结果

对射流泵内部流场进行数值模拟，重点是得到其压力场、速度场和温度场的大体分布规律，并对其进行分析。

（1）当工作压力为0.1MPa，引射压力为0.00087MPa时，所得到的内部流场如下:

图2内部压力场模拟图

图3内部速度场模拟图

（2）当工作压力为0.48MPa，引射压力为0.00087MPa时，所得到的内部流场如下列图所示。

4结论

1.由截面总压分布图可以看出：由于射流紊动扩散作用，整个吸入室内部都为负压区，从而吸入被吸水蒸气，喷嘴出口处附近压力梯度非常大，喉管出口处压力分布比较平均，说明两股流体混合较为充分，射流泵出口处压力较小，符合流体特性要求。

2.由射流泵内部流场速度分布图分析可得：喷嘴出口速度最高，速度梯度非常大，吸入室的顶部有回流现象出现，喉管内速度梯度逐渐减小，出口处速度分布比较均匀。而且扩散管出口处速度分布比较平均，说明扩散管出口处截面的流态比较稳定。

3.通过分析速度图得出：在吸入流体进入吸入室后,两侧产生回流。而在喉管中两种流体混合得比较均匀,没有回流。由于回流的出现，将导致泵的效率降低，应该提高工作压力，消除回流现象。

4.通过对比分析可得：随着工作压力的增大，喷嘴出口处的速度逐渐增大，这时，在混合室中的混合较好。

参考文献

[1]陆宏析.射流泵技术的理论及应用.北京:水利电力出版社，1989:l-10

[2]杨燕勤，安志强，经树栋．喷射器流场的数值模拟研究[J]．西南大学学报(自然科学版)，2006，32(2)：l-4．

作者简介

黄新民,马明坤工作单位：山东电力建设第三工程公司。