汽-气混合器内部流场数值模拟

时间:2017-7-21 14:31:00 来源:本网 添加人:admin

  抵合汽出口本项目来源于生产实践,目的是设计一种空气引射装置,其原理如所示。给定的设计要求如下=16MPa,温度330C,流量8t/h,干度80、管径dl=62rmn;空气入口:空气流量1000m3/h(标准状态下);混合汽(气)出口:压力P3=10MPa.本文通过对混合器内水蒸汽与空气混合后的多组分流进行数值模拟,开展混合器结构的优化设计。根据计算结果对空气入口位置、通道剖面形状、混合流道扩张段长度和扩张角、蒸汽射流喷口与混合流道之间相对位置等参数进行优选,在给定条件下得到具有优引射比的设计方案。本文将整个装置分为喷管和混合器两个部分分别进行设计。

  二、喷管设计采用拉瓦尔喷管来获取喷口出口处的超音速气流。根据一维绝热等熵流理论21,确定喷管设计方案为:喷管出口直径为7.68mm,喷管出口处的压强为3MP,总温为330C.三、混合器设计控制方程采用轴对称三维N-S方程组,湍流模型采用标准的A -f湍流模型。

  3.1空气入口位置和通道剖面形状的调试:本文计算了蒸汽喷流和引射空气的流量随着喷口直径变化的关系,发现蒸汽喷流和引射空气的流量随喷管出口直径的变化成正比,但引射率基本不变。根据表1中的结果,引射空气要达到1000m3/h,需要喷管提供12.3t/h的蒸汽流量,而不是给定的8t/h.表1引射性能与喷管出口直径的关系3.2混合流道扩张段长度和扩张角的调整:计算发现,混合流道扩张段长度对混合器内总能量的损失有较大影响,而扩张角则对出口总压恢复影响较大。

  3.3蒸汽射流喷口与混合流道相对位置的调整:我们还调整了蒸汽射流喷口与混合流道入口之间的相对距离。

  3.4计算结果分析:通过设计分析和计算,得到了混合器的设计尺寸和基本符合要求的流动参数,并。下面针对这一设计方案,开展了混合器内流场的CFD数值模拟,计算得到的典型流场如和所示。

  总压分布(单位:Pa)蒸汽组分浓度分布通过对计算结果的分析,我们得出以下结论。

  出口总压的变化基本上是线性的。混合器出口的总温先下降后上升,在末端出现小范围的振荡。适当加大喷管出口与混合流道之间的距离,可以在一定程度上增加引射空气的流量。但随着距离的加大,引射的稳定性和有效性反而随着混合器出口静压的增加而变差。

  四、结论经过设计分析和计算,得出一个基本符合要求的混合器的设计方案,并指出了原始设计要求中的不合理成分这一设计方案是在本项研究中经过优选的为理想的结果。

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