基于CFD的水喷射泵的数值模拟研究

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水喷射泵具有工作可靠、结构简单、使用安全方便、尤其是在高温、高压、真空和输送有毒、易爆、易燃和放射性物质的场合,更具独特的优点。但水喷射泵存在效率较低及在用作真空泵时其极限真空度受到工作液体汽化压力限制的缺点。因此,深入研究水喷射泵的工作机理、提高泵的性能和工作效率具有重要意义。本文在己有射流泵及气液两相流研究的基础上,分析了水喷射泵的工作机理,采用CFD数值模拟的方法来研究水喷射泵不同几何结构和不同操作参数对射流泵性能的影响,主要研究内容包括以下几个方面:(1)对气液两相数值模拟研究所涉及的数学模型、数值求解方法、水喷射泵性能进行了研究、分析和总结。(2)建立了水喷射泵的三维几何模型,采用结构化与非结构化复合网格将计算域进行结构离散,采用多相流模型进行数值模拟。(3)通过将模拟结果与实验数据对比,验证了数学模型的适用性。采用CFD方法,分别模拟了射流泵不同几何结构参数:混合段长度、喉嘴距离、喉嘴面积比,喷嘴出口形状和操作水压下的射流泵内部流动,并对所得的结果进行分析,得出的结论对了解水喷射泵内部流动与混合特性、提高泵性能和抽气效率具有实际意义。本文研究工作表明:喉嘴距、喉嘴面积比、喉管长径比对水喷射泵的工作效率都有一定的影响,对于不同结构射流泵,存在效率较高的喉嘴距范围、喉嘴面积比范围和喉管长径比的范围。喷嘴形状对液体射流影响较大,在低的工作水压下,选用圆形截面喷嘴能达到更好的抽气效果;在出口速度相同的情况下,正三角形和正方形截面喷嘴射流破裂长度要小于圆形截面喷嘴,可使射流泵结构更紧凑。水压是影响水流量的重要因素,同一喷嘴出口直径下,不同面积比对系统的水流量的影响不明显。
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