气力输送喷射器内部流场的仿真研究

技术综述收稿日期:2007-09-28作者简介:谢玉健(1985-),男,江苏南京人,硕士研究生,主要从事计算流体力学在生物加工过程中的应用研究。

文章编号:1000-7466(2008)02-0043-05蒸汽喷射器射流场流动模型研究综述谢玉健,洪厚胜(南京工业大学制药与生命科学学院,江苏南京 210009)摘要:综述了3种不同维数的喷射器射流场流动模型的研究工作,分析了3种模型各自的特点后指出,一维模型的建立主要基于定压混合理论或定常面积混合理论;二维偏微分方程模型建立后基于差分法等数值算法进行求解。

随着网格技术和计算方法的提高,三维粘性射流场中激波和湍流的数值模拟发展迅速。

关键词:蒸汽喷射器;射流场;模型;计算流体力学中图分类号:TQ 024.1 文献标志码:AAdvances in Models Research on Flow in Steam EjectorXIE Yu -jian,HONG Hou -sheng(Colleg e of Life Science and Pharmaceutical Engineering ,Nanjing Universityo f Technolog y,Nanjing 210009,China)Abstract :T he research w o rk on the m odels of the flow in steam ejecto r is r ev iew ed and sum ma -r ized w ith 48r eferences.The characteristics of the m odels are analyzed:1-D mo del is based on the theory that the m ix ing process is completed in a constant area o r under a constant pressure.2-D P.D.E mo del is solved by FDM.As the grid com puting and calculate techno logy developed,theresear ches of sim ulations on the shock w aves and turbulence in the 3-D viscous flow are beco ming ho tter.Key words :steam ejecto r;ejector flo w;mo del;computational fluid dy namics喷射器是一种利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的混合反应设备。

第2期2021年2月机械设计与制造Machinery Design&Manufacture49某防暴喷射管管内流场数值模拟张燕丽1,赵法栋2,赵悦2,庄弘炜2（1武警工程大学基础部，陕西西安710086;2.武警工程大学装备管理与保障学院，陕西西安710086）摘要:采用流固耦合的方法，基于COMSOL仿真平台对某防暴喷射管内部流场进行了数值模拟,分析了发射管结构和气室初始压强对管内冲击挤压流动过程的影响。

结果表明:在气室初始压强为20MPa,战剂容量为10ml的情况下，发射管内径越小，管流.阻力越小,活塞运动时间越短，战剂出口速度越小，能量利用率越高；增大气室初始压强能缩短管内流动时间，加快出口速度;锥直形喷嘴结构的突变造成了战剂压强和速度的波动。

研究结果可为喷射管的优化设计提供理论依据。

关键词:流固耦合;管内流场;防暴喷射管;数值模拟中图分类号:TH16；TJ99文献标识码:A文章编号:1001-3997(2021)02-0049-05Internal Flow Field Numerical Simulation of a Certain Anti-Riot EjectorZHANG Yan-li1,ZHAO Fa-dong2,ZHAO Yue2,ZHUANG Hong-wei2(1.Engineering University of People*s Armed Police,Base Department,Shaanxi Xi'an710086,China;2.Engineering Univ­ersity of People's Armed Police,Equipment Management and Support College,Shaanxi Xi'an710086,China)Abstract:Based on the COMSOL simulation platform,the internal flow field simulaiton of a certain anti-riot ejector was carried out by us ing f luid-s t ructure coupling method.The influence of t he structure qf t he launch pipe and the initial pressure of t he gas chamber on the impact-extrusion process in the pipe was analyzed.The results show that when the initial pressure of the gas chamber is20MPa and the capacity of the agent is10ml,the smaller the inner diameter of the launch pipe,the smaller the resistance of the tube flow,the shorter the movement time of the piston,the smaller the outlet velocity,and the higher the energy utilizaiion rate.The larger the initial pressure of the gas chamber can shorten the flow time and increase the outlet velocity.The conical straight nozzle causes the fluctuation of the pressure and velocity of t he agent.The research results can provide theoretical basis for the optimal design,of t he anti—riot ejector.Key Words:Fluid-Structure Coupling；Internal Flow Field；Anti-Riot Elector；Numerical Simulation1引言某防暴喷射管是一种配属到专用发射装置，以高压气体为动力,推动管内的装填战剂（液态刺激剂）从喷口高速喷出形成射流，喷射到有生目标，使之暂时失去抵抗能力的警用非致命弹种。

基于CFD新型喷射泵内流场数值分析CFD新型喷射泵内流场数值分析CFD，即计算流体动力学，是通过数值方法对流体流动、传热、传质等问题进行数值模拟和预测的一种工程计算方法。

在工程领域中，CFD已成为一种不可或缺的工具，可以有效优化产品设计和生产过程。

新型喷射泵是一种高效节能的流体输送设备，广泛应用于工业生产过程中。

为了更好地优化和设计新型喷射泵，需要对其内部流动情况进行研究和分析。

基于CFD技术，可以通过建立新型喷射泵的数值模型，进行内部流场数值分析，从而找到最佳设计方案。

喷射泵的结构特点是利用液流物理效应通过层层喷嘴剥离出中央空气区域，形成低压区，从而实现吸入液体的目的。

对于新型喷射泵，其内部流场情况往往较为复杂，因此需要精细模拟和分析。

在进行数值模拟前，需要对新型喷射泵的几何结构和工作条件进行建模。

通过建立三维几何模型，并设置边界条件和工作参数，可以得到新型喷射泵内部流场的数值模拟结果。

通过数值模拟，可以分析得到新型喷射泵内部流场的速度、压力和液体浓度分布等信息。

在分析过程中，需要注意如何选取合适的网格质量和算法，以保证数值模拟的精度和准确性。

在分析新型喷射泵内部流场后，可以进一步进行优化设计。

例如，优化喷嘴结构、液体注入量和气体流量等参数，以达到最佳的流动效果和输送性能。

这样不仅可以提高新型喷射泵的运行效率，还可以节省能源和减少生产成本。

综上所述，基于CFD技术对新型喷射泵内部流场进行数值分析，可以有效优化喷射泵的设计和生产过程，提高其运行效率和性能。

未来，随着CFD技术的不断发展和应用，在各行各业中，将会有更多的工程问题将得以通过CFD方法进行解决和优化。

由于缺少具体的新型喷射泵内部流场数值模型数据，以下将以一组流量为0.5 m³/h的喷射泵数据进行简要分析。

首先，通过数值模拟得出的新型喷射泵内部流速分布图，可以看出喷射泵的中心区域具有较低的流速，周围区域的流速则较高，这与喷射泵工作原理相符合。

喷油嘴喷孔内流动特性数值仿真与试验分析谢阳;罗麒元;麻剑;许沧粟【摘要】采用X射线相衬成像技术研究喷嘴喷孔内试验的流动特性,验证数值仿真结果.利用CFD软件模拟得到入口压力下燃油的质量流量、空穴分布、有效喷射速度与无量纲流动系数,结合试验数据对流动特性进行分析.结果表明:X射线相衬成像技术的成像效果良好,仿真结果与试验结果吻合较好;喷射压力越高,更容易进入临界超空穴状态;喷孔出口速度的增幅略大于体积流量的增幅;雷诺数随着喷射压力的上升呈幂函数型上升,空穴数随着雷诺数的增加呈指数下降,流量系数都随着雷诺数的上升缓慢增加直至趋于稳定.【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2016(050)001【总页数】6页(P111-115,165)【关键词】柴油机;空穴;X射线;相衬成像【作者】谢阳;罗麒元;麻剑;许沧粟【作者单位】浙江大学动力机械及车辆工程研究所,浙江杭州310027;浙江大学动力机械及车辆工程研究所,浙江杭州310027;浙江大学动力机械及车辆工程研究所,浙江杭州310027;浙江大学动力机械及车辆工程研究所,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TK421现代柴油发动机多配备高压共轨喷射系统.柴油通过喷油器的多喷孔直接向缸内喷射,从而实现更好的排放性能.高压共轨系统会加剧燃料在孔内的湍流度[1].研究表明,燃油喷雾的形成及雾化过程受到喷嘴内湍流和空穴的影响,并且喷孔内空穴引起的液流紊乱对孔外雾化的影响远远大于周围空气摩擦的影响[2-3].近年来,随着相关测试技术的发展,对喷孔内空穴流动特性的各项研究逐渐发展起来.X 射线相衬成像技术作为一项新型的测试技术,得到了极大的发展.目前,国外已有文献运用同步辐射X射线相衬成像技术来对喷雾机理以及喷孔内的流动特性进行研究[4-5].试验成像的效果良好.目前,国内利用该项技术探究喷孔内的空穴流动特性较少[6].由于真实喷孔的尺寸极小,使用可视化手段难以识别小区域内的流态变化,为了降低这种情况的影响,选用放大喷孔是一种较好的解决方法[7-12].相似准则[7]是在设计放大喷孔时的主要理论依据.为了消除喷孔曲面的影响,采用二维平面喷嘴可以直观地观察孔内流动状态的变化[7-11].本文采用X射线相衬成像技术研究喷嘴喷孔内试验的流动特性,配合数值仿真结果进行相互验证,探究该技术的可行性.通过试验和CFD仿真计算了不同喷射压力下喷孔内流量及喷孔出口处有效喷射速度等,并配合空穴数、雷诺数和韦伯数进一步分析喷射压力对孔内流动特性参数的影响.测试燃料选取市售0#柴油.柴油的理化特性如表1所示[13-14].表中,ρ、μ、pv和σ分别为密度、黏度、饱和蒸汽压和表面张力.采用上海光源( SSRF )的第3代同步辐射光源,研究喷孔内的流动特性.试验系统如图1所示,包括比例放大的喷油器、稳压供油系统、X射线成像及采集系统.二维喷孔模型如图2 所示.喷孔的几何参数如下：喷孔宽度为5 mm,考虑到部分真实喷嘴的长径比为1.8,因此选取9 mm作为喷孔长度,厚度为2 mm.透明视窗的材料采用聚稀亚胺.该材料有利于X射线的穿透,并且能够在高温下保持良好的力学强度.如图1所示,试验开始时,打开减压阀,使得氮气瓶中的气体进入油箱,从而将柴油压入供油管路,打开开关,燃油喷入大气环境中的回油槽(背压约为0.1 MPa).此时,流量计和喷嘴上方的压力计开始读数,调整减压阀使得喷嘴上方压力表示数达到试验设定值的一定范围内,待压力稳定后启动X射线源,此时图像采集系统通过ICCD相机采集2 s的图像.一次试验完成后,通过改变进入油箱的气压来调节喷射压力,从而得到不同喷射压力条件下喷孔内的流动状况.流量计与压力表的数据直接由采集系统采集后,与图像系统采集的相片同时间轴输出,因此数据的处理较方便.考虑到喷孔上游及下游燃烧室对喷孔内柴油流动的影响,选择上游10 mm喷孔以及下游燃烧室12 mm区域作为计算区域.采用混合网格划分区域,对喷孔入口拐角处进行加密处理,得到精度更高的结果.如图3所示为喷孔网格图.在验证网格独立性后,选择网格数为623 548作为后续计算的基础.数值模拟采用 ANSYS 软件,利用均相模型计算空穴现象.对喷孔内部的空穴流动进行气液两相湍流数值模拟,以 Rayleigh 所发展的单气泡溃灭模型,湍流模型选用Jones和Launder提出的标准k-ε模型；进出口均采用压力边界,入口压力设置为0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40 MPa,背压设置为0.101 MPa；固壁处理,两相间流速无滑移；由于较高入口压力带来的强湍流度,使用给定湍流强度I和湍流长度l来取代湍动能k和耗散率ε；压力修正采用SIMPLE算法；采用一阶迎风格式.为了区别喷孔内的单相流与空穴流,并反映空穴出现后的发展程度,引入无量纲空穴数K来判断空穴初生：流量系数Cd是影响喷油器设计的一个主要因素.随着孔内流动状态的改变,流量系数随之改变.Cd的定义如下：通过式(2)得到的K和Cd,结合雷诺数和韦伯数(式(3)和(4)),可以更清晰地展示孔内流动状态.网格数对模拟计算精度有很大的影响,因此对网格独立性的验证是必要的[16].本文预先对网格独立性进行验证.如图4所示为当入口压力为0.2 MPa,背压为0.1 MPa 时,孔内的质量流量随网格数n增加的变化情况.通过大量的计算显示,当网格数达到54 298时,后续的质量流量已经保持恒定.为了保证计算的精度,后续计算的网格数选择为62 548.很多实验表明：在相同背压下,随着喷射两端压差不断增加,体积流量逐渐增大.如图5所示为喷孔出口处体积流量随入口压力变化的曲线.由图5(a)可见,在相同背压的情况下,体积流量都随着入口压力的增加呈幂函数型增大,这与理论预测一致.相比于体积流量,燃油出口处的有效速度(液相平均速度)能够更直观地反映喷射状况.有效速度的定义如下.试验结果为从图5(b)可以看出,有效喷射速度随着入口压力的不断上升而增加,有效速度增幅略大于体积流量.这是由于喷孔内的超空穴现象减小了喷孔出口的有效面积,从而进一步加剧了有效喷射速度.在试验时,供油系统采用氮气提供压力,因此供油管路中的压力存在一定的波动,从而导致了体积流量存在波动值.为了便于数据处理,对体积流量进行取平均处理.如图6所示为体积流量波动偏差分析.可以看出,体积流量的偏差η随着入口压力的不断提高而下降,从最高的14%降低至4%.这是由于在压力表后端的管路中存在一定的沿程损失,入口压力增加产生的沿程损失在总动能中的占比不断下降.本试验基于X射线相衬成像技术,图像采集系统得到的图像难以直接识别,因此将图像矩阵化,并与背景图片进行差值处理,获得较清晰的孔内流动状态的图片.部分图片经过再次运算处理来加强需要分辨的细节.如图7所示为当环境温度为293 K,喷射背压为0.101 MPa时,不同入口压力下喷孔内空穴分布图(包括试验与数值仿真结果).图中,标尺为数值模拟结果,纯液相用1表示,纯气相用0表示.在喷孔平面截图中,通过对比孔内的平均气相区域,当喷孔入口压力达到0.15 MPa时,喷孔内的流动状态处于紊流状态,无空穴出现,这与试验结果(见图7(a))相符.如图7(b)所示为当入口压力为0.2、0.25 MPa时,CFD结果与试验结果喷孔内气液分布云图的对比.当入口压力为0.2 MPa时,孔内出现少量空穴,随着入口压力的增大,空穴向喷孔出口发展.当入口压力达到0.4 MPa时,CFD模拟计算结果中喷孔内流动状态进入超空化,试验结果(见图7(c))验证了这点.图8给出雷诺数在不同的入口压力情况下的比较.雷诺数(Reynolds number)与流场内部的湍流度呈正相关.雷诺数随着入口压力的增加而呈对数上升,喷孔内的湍流度不断上升.由于雷诺数正比于孔内流体的有效速度,而有效速度与喷嘴出、入口的压差的平方根成正相关,随着喷射压力的增加,有效速度增长趋缓,从而导致孔内湍流度的加剧程度变缓.这与图7相印证.图9给出雷诺数和韦伯数对空穴数的影响情况.在背压和燃料温度保持不变的情况下,空穴数随着入口压力的增加而减小.图9(a)表明：空穴数随着雷诺数的增加而呈指数下降.在紊流区域内,空穴数显著下降；在空化流区域,空穴数下降趋势放缓.根据式(1)的定义可知,当喷射的背压和流体的饱和蒸汽压为定值时,空穴数随着入口压力的上升而下降,并且这种趋势会逐渐放缓.由于空穴数与喷嘴出入口压差的倒数成正相关,雷诺数与喷嘴出入口的压差的平方根成正相关,因此空穴数随喷射压力的衰减程度强于雷诺数,呈现出指数式下降；同时,韦伯数对空穴数的影响与雷诺数相似. 如图10所示为不同入口压力下流量系数随雷诺数变化的情况.当喷孔内流态逐渐进入空穴流时,流量系数增加.当孔内流动进入空穴流后,随着雷诺数的不断增加,流量系数趋于稳定.(1)X射线相衬成像技术可以用来探究喷孔内的流动特性.X射线相衬成像技术获取的图像经过一定的处理能够清晰地展示喷孔内的流动状态.同时,仿真结果与试验结果能够较好地吻合.(2)试验和数值计算都表明,在一定的背压条件下,质量流量随着入口压力的增加而增大,而有效速度的增幅较大,并且当入口压力达到一定值(本试验为0.4 MPa)时,喷孔内流态进入超空化状态.(3)雷诺数随着喷压的上升呈幂函数型上升,空穴数随着雷诺数的增加呈指数下降,流量系数都随着雷诺数的上升而增加、直至趋于稳定.。

烟草喷雾机气流场数值仿真及试验验证王龙飞1,马留威2,李连豪2,范沿沿1,李建华1,朱晨辉2,张㊀振2,韩㊀硕2,刘炳旭2(1.河南省烟草公司许昌市公司,河南许昌461000;2.河南农业大学机电工程学院,郑州450002)摘㊀要:为了探究烟草喷雾机风送系统气流分布情况,利用数值仿真与试验验证相结合的方法分析气流场分布规律㊂结果表明:1)该喷雾机气流场中气流在喷筒内导流柱两侧分布均匀,喷筒出风口截面处气流分布的仿真结果与实测结果之间相对误差较小且分布趋势一致,证明了仿真模型的合理性和有效性;2)风速与测量位置到出风口截面距离的线性回归方程为y =13.29-9.49x ,相关系数为0.721㊂仿真及试验结果为后续风送系统的优化设计提供了参考㊂关键词:烟草喷雾机;气流场;数值分析中图分类号:S491㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Adoi :10.14031/ki.njwx.2024.02.002Numerical Simulation and Experimental Verification of Airflow Field of Tobacco Spray WANG Longfei 1,MA Liuwei 2,LI Lianhao 2,FAN Yanyan 1,LI Jianhua 1,ZHU Chenhui 2,ZHANG Zhen 2,HAN Shuo 2,LIU Bingxu 2(1.Xuchang City Company of He nan Tobacco Company,Xuchang 461000,China;2.School of Mechanical and Electri-cal Engineering,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)Abstract :In order to explore the airflow distribution of the air conveyor system of tobacco sprayer,the airflow field distri-bution law was analyzed by combining numerical simulation and experimental verification.The results show that:1)The airflow in the airflow field of the sprayer is evenly distributed on both sides of the deflector column in the spray cylinder,and the relative error between the simulation results and the measured results of the airflow distribution at the air outlet section of the spray barrel is small and the distribution trend is consistent,which proves the rationality and effectiveness of the simulation model.2)The linear regression equation between wind speed and the distance from the measured loca-tion to the cross -section of the air outlet is y =13.29-9.49x,and the correlation coefficient is 0.721.The simulationand test results provide a reference for the optimal design of the subsequent air transmission system.Keywords :tobacco spray;airflow field;numerical analysis基金项目:河南省烟草公司许昌市公司科技项目(2020411000240070);河南省重点研发与推广专项(212102110235);河南省科技攻关项目(222102110291)作者简介:王龙飞(1988 ),男,西安人,硕士,农艺师,研究方向为农业机械的研制与开发㊂通讯作者:李连豪(1980 ),男,河南南阳人,博士,副教授,研究方向为智能农业装备的研制与开发㊂0㊀引言烟草作为叶用经济作物,植保作业是保证烟叶质量与产量,提高其经济效益的重要手段[1-2]㊂风送式烟草喷雾机作业时,风送系统中风机产生的气流能为雾滴提供动能,有效提高雾滴穿透性㊁降低雾滴漂移率,一定程度上提高了药液的整体利用率[3]㊂风机出风口处气流速度的大小及分布是否均匀对风送式烟草喷雾机作业效果有着重要影响,国内外诸多学者针对此类问题做出相应的研究㊂如DUGA 等[4]为了分析风送式喷雾机的气流场特性,建立了气流场计算流体动力学模型,并通过后续试验验证了该模型的合理性和有效性;Cross 等[5]利用大量试验探究了喷雾机气流场的分布规律对雾滴沉积特性的影响;欧鸣雄㊁吴敏敏等[6-7]采用仿真与试验结合的方法探究了果园喷雾机的内外流场气流分布规律,仿真结果与试验结果之间相对误差较小;曲峰等[8]采用数值模拟仿真与试验验证相结合的方法分析了传统风送喷雾机的气流场分布规律,表明气流场速度分布模拟值与实测值较吻合㊂本文通过流体动力学对烟草喷雾机风送系统进行数值仿真,模拟计算出喷筒内流场气流变化以及外流场气流分布情况,并通过后续相关试验进一步验证仿真模型的合理性和有效性,为后续风送系统的优化设计提供了参考㊂1㊀烟草喷雾机结构与气流场数值模型1.1㊀烟草喷雾机结构本文所研究的烟草喷雾机主要由车轮㊁轮架㊁直流电机㊁车轮连接架构成的行走系统,药箱㊁隔膜泵㊁超声波雾化发生装置㊁喷筒㊁摇摆器构成的风送喷雾系统,电源㊁电控箱构成的控制系统和电动推杆㊁车轮连接架㊁升降架构成的轮距及喷雾高度调节装置等组成,整机结构如图1所示[9]㊂1.电控箱;2.电源;3.隔膜泵;4.电动推杆;5.升降架;6.喷筒;7.摇摆器;8.超声波雾化发生装置;9.药箱;10.轮架;11.车轮;12.直流电机;13.车轮连接架图1㊀烟草喷雾机整机结构1.2㊀气流场数值模型在Fluent -DesignModeler 中对烟草喷雾机风送系统三维模型重建及简化,简化的前提是简化前后的气流场没有明显差异,为了数值仿真的准确性,并没有省略掉喷头㊁固定装置等部件,重建及简化后的模型如图2所示㊂利用ANSYS 中的MESH 组件对重建及简化后的风送系统三维模型进行网格划分,并将其保存为.msh 文件类型,便于后期导入到Fluent 中㊂划分网格后的模型如图3所示,网格质量和数量如图4所示[10-11]㊂1.3㊀模型算法与边界条件风机可以看作流动机械,故本数值仿真过程应选用湍流模型㊂雷诺平均模拟中的K -ε模型是Fluent 软件中,对湍流流动的气流进行计算时最常使用的数值模拟方法㊂其中标准K -ε模型适用于圆口射流和平板射流模拟,能够较好地模拟射流扩散,符合该次数值模拟的物理模型,故本数值模拟过程采用标准K -ε模型[12-13]㊂本次数值模拟仿真过程采用Fluent 基本算法中的基于压力求解器,采用的是SIMPLE 算法,因该算法中一阶迎风格式的假扩散作用,容易得到不准确的结果,模拟仿真过程中采用一阶迎风格式过少,本数值模拟仿真过程决定采用二阶迎风格式㊂本1.喷头;2.固定装置图2㊀风送系统三维模型图3㊀风送系统网格划分图4㊀网格质量和数量次数值模拟过程中以风机入口处为入口边界条件,风机出风口处为自由流出边界,采用风速仪测量风速,其他数值为系统默认值[14]㊂2㊀试验方法2.1㊀试验材料为了准确测量所需区域的风速,该试验采用日本三量公司的一款高精度手持式风速测量仪,型号及性能参数如表1所示㊂表1㊀风速测量仪性能参数项目参数型号RA405风速测量范围/(m㊃s -1)0~45解析度0.01精度/%ʃ(3ʃ0.1)可储存数据/个960工作温度范围/ħ0~50储存温度范围/ħ-40~60㊀㊀2.2㊀测量区域布置以图1标注的喷筒为例,将喷筒出风口截面分为如图5所示5个区域[15-16]㊂图5㊀风速测量区域3㊀气流场数值分析3.1㊀内流场仿真结果分析图6为喷筒内部气流场,其中图6a 为喷筒内部气流场速度流线,图6b 为喷筒内部气流场速度分布㊂从图6a 中可以看出气流群在经过风机叶片时,因风机叶片的旋转诱导作用,使气流拥有一定的旋转速度,喷筒内部气流速度最大值在19.13m /s 左右,主要集中分布在轴流风机叶片表面;气流最小值为0.71m /s 时,主要集中分布在喷头及其固定部件背对气流来流方向处,主要原因是喷头及其固定部件安装时遮挡了一定的气流来流㊂喷筒内部气流场气流速度主要集中在9.21~17.01m /s 这一区间,喷筒出口截面处气流速度能达到前期喷筒理论设计时的要求,即气流速度达到11.80m /s㊂根据数值仿真结果可知,喷筒整体设计可达到设计要求,但需对喷筒内部喷头及其固定部件安装处进行优化,避免影响喷筒的风送效果㊂优化后应让喷头及其固定部件安装时不影响气流的来流,使喷头雾化产生的雾滴能更好地随气流到达烟叶表面㊂图6㊀喷筒内部气流场图7为喷头及其固定部件不影响气流来流时,喷筒内部气流场的速度矢量分布情况㊂从图中可以看出喷筒内气流速度主要分布在10.08~16.8m /s 这一区间,气流在喷筒内导流柱(图7喷筒内空心区域,内置药液输入管道)两侧分布均匀,证明风机产生的气流经导流板的整合后分布较为均匀,符合前期喷筒理论设计时的构想㊂3.2㊀外流场仿真结果分析图8为喷筒出风口截面处的气流速度矢量分布情况㊂由仿真结果可得,喷筒出风口截面处的气流图7㊀喷筒内部气流场速度矢量分布速度平均值为14.33m /s,除需稍加优化的喷头及其固定部件安装部分外,喷筒出风口截面处气流速度整体分布较为均匀,气流速度主要分布在平均值14.33m /s 左右㊂图8㊀喷筒出风口截面处的气流速度矢量分布4㊀气流场试验验证为了验证本文风送系统数值仿真模型的合理性和有效性,对喷筒出口处的风速㊁风量等参数进行了测量和计算;分析了风速与测量位置到出风口截面距离的关系;对喷筒出风口截面处气流速度分布进行实测,试验结果与仿真模拟结果进行对比研究[15-16]㊂4.1㊀风速㊁风量的测量及风速与测量位置到出风口截面距离的关系4.1.1㊀风速、风量的测量根据式(1)㊁(2)可计算得出单个风机风量QS =πˑr 2(1)Q =v ˑS (2)式中㊀S 喷筒出风口横截面积,m 2;r 喷筒出风口半径,m;Q 风机风量,m 3/s;v 出风口风速,m /s㊂通过测量可得喷筒出风口半径r =0.09m,左侧喷筒出风口处风速v 1=13.24m /s,计算可得风量Q 1=0.34m 3/s;右侧喷筒出风口处风速v 2=13.22m /s,计算可得风量Q 2=0.34m 3/s㊂由计算结果可得,左右两侧风机风量Q 1㊁Q 2大小一致,均大于理论计算时所需的风机风量(0.30m /s),满足设计要求㊂4.1.2㊀风速与测量位置到出风口截面距离的关系测量位置到出风口截面不同距离下的风速如表2所示,表2㊀出风口截面不同距离下的风速离出风口距离/m风速/(m㊃s -1)013.220.211.450.49.720.58.350.67.60㊀㊀根据表2所示的风速与测量位置到出风口截面距离的关系可求其直线回归方程,具体直线回归方程可按式(3)㊁(4)㊁(5)计算y =a +bx (3)b =ðx i y i -n ˑx 平均y 平均ðx 2i -n ˑx 2平均(4)a =y 平均-b ˑx 平均(5)通过计算可得线性回归方程为y =13.29-9.49x,相关系数为0.721,风机风速与距离出风口(喷筒出口截面)距离关系如图9所示㊂4.2㊀喷筒出风口截面处风速的测量各个风速测量区域的风速如表3所示㊂由表3中的数据可知,1~4这4个区域的风速平均值较为接近,且比区域5高出1~2m /s 左右,主要原因是因为区域5所在区域是导流柱(内置药液输入管道),影响了气流的来流㊂同时1~4这4个区域的风速平均值较为接近,证明了该喷筒风机处产生的气流经导流板的整合,在喷筒内部及喷筒出风口截面处分布较为均匀,该喷筒出风口截面处风速测量结果达到了11.80m /s 设计要求㊂同时,实测试验结果与数值仿真中喷筒出风口截面位图9㊀风机风速与离出风口距离关系置的气流平均速度14.33m/s较为接近,风速分布趋势与数值仿真结果一致,证明了数值仿真模型的合理性和有效性㊂表3㊀出风口截面各位置风速单位:m/s 区域v1v2v3v平均114.9114.9314.9514.93 214.9014.8614.9114.89315.0615.1214.9715.05 414.9914.8815.0114.96 513.2813.2513.1313.225㊀结论本文采用数值仿真与试验验证相结合的方法分析了烟草喷雾机的气流场分布规律㊂1)在数值模拟仿真中,分析了喷筒内部流场气流变化以及外流场气流分布情况㊂结果表明,气流在喷筒内部导流柱两侧分布均匀;喷筒出风口截面处的气流平均速度14.33m/s,除需优化的喷头及其固定装置安装处外,整体气流速度分布均匀㊂2)试验验证仿真模型的合理性和有效性㊂结果表明,喷雾机左侧喷筒出风口处风速v1= 13.24m/s,风量Q1=0.34m3/s;右侧喷筒出风口处风速v2=13.22m/s,风量Q2=0.34m3/s;风速与测量位置到出风口截面距离的线性回归方程为y= 13.29-9.49x,相关系数为0.721;1~4这4个区域的风速平均值较为接近,且与数值仿真中喷筒出风口截面处的气流平均速度14.33m/s相差不大;风速分布趋势与数值仿真结果一致,证明了数值仿真模型的合理性和有效性㊂参考文献:[1]㊀杨能娇,杨永艳.烤烟生产中主要病虫害的综合防治策略[J].南方农机,2023,54(3):77-79.[2]㊀邱睿,王海涛,李成军,等.烟草病虫害绿色防控技术研究进展[J].河南农业科学,2016,45(11):8-13.[3]㊀翟兆煊,郭培全,乔阳.风送施药机研究现状及趋势[J].现代制造技术与装备,2018(6):12-14. [4]㊀DUGA A T,DELELE M A,RUYSEN K,et al.Develop-ment and validation of a3D CFD model of drift and itsapplication to air-assisted orchard sprayers[J].Biosys-tems Engineering,2017,154:62-75.[5]㊀CROSS J V,WALKLATE P J,MURRAY R A,et al.Spray deposits and losses in different sized apple treesfrom an axial fan orchard sprayer:1.Effects of spray liq-uid flow rate[J].Crop Protection,2001,20(1):13-30.[6]㊀欧鸣雄,吴敏敏,董祥,等.果园喷雾机气流场数值分析与试验验证[J].农机化研究,2022,44(10):151-156.[7]㊀吴敏敏.多风道果园风送喷雾系统设计仿真与试验研究[D].镇江:江苏大学,2021.[8]㊀曲峰,盛希宇,李熙,等.3WZF-400A型果园风送喷雾机改进设计[J].农业机械学报,2017,48(S1):15-21.[9]㊀马留威,王龙飞,李连豪,等.基于超声波技术的风送式智能烟草植保机设计与试验[J].农机化研究,2023,45(12):96-101.[10]纪兵兵,陈金瓶.ANSYS ICEM CFD网格划分技术实例详解[M].北京:中国水利水电出版社,2012. [11]李进海.定向风送式枸杞喷雾机的研制[D].银川:宁夏大学,2017.[12]王震涛.南疆核桃风送式喷雾机的试验研究[D].阿拉尔:塔里木大学,2020.[13]YAO H,NAMBU T,MIZOBUCHI Y.An immersedboundary method for practical simulations of high-Reyn-olds number flows by k-?RANS models[J].Journal ofFluid Science and Technology,2021,16(1):JFST0007.[14]臧帅.果园喷雾机风送喷雾系统设计仿真与试验研究[D].镇江:江苏大学,2020.[15]钟志清.横流式风送喷雾机设计与试验[D].广州:华南农业大学,2018.[16]韩清春.轻简型电动风送式喷雾机的设计与试验[D].广州:华南农业大学,2019.(02)。

气力输送系统流动特性CFD模拟分析摘要管道气力输送是方兴未艾的新学科和边缘学科,它是利用有压气体作为载体在密闭的管道中达到运送散料或成型物品。

粉体的气力输送是利用气体为载体, 在管道或容器中输送粉体物料的一种方法, 在气力输送中, 混合介质是气体和粉粒体, 一般使用的气体是空气, 当要求输送的物料不能被氧化时, 使用氮气或惰性气体, 因而属于气固两相流。

本课题采用以实验为主，以理论分析和数值模拟为辅的方法，系统研究T 型分支管道气固两相流输送系统中，整体升扬管道高度对管道内流体变化的流动特性的影响。

后来为了模型更接近实际，本文绘制的T管道模型接近实验管道，主要是模拟分支管道内部流体情况，模拟输送过程中的一种情况并与实验结果对比。

本文主要对气固两相流管网输送的产生历史、国内外发展状况、基本原理和应用等内容进行了较详细的介绍，同时对本课题的研究意义及前景进行详细论述。

在水平T型分支管道中，用压缩空气作为输送介质，在保持气体流量分别为60 m3/h和0.22 Mpa，分别改变发送压力和流量，对流体流动特性的变化情况进行分析和研究。

关键词：气固两相流；管网分流；压降；流体流动特性AbstractPneumatic conveying pipe is a new discipline's burgeoning and the edge discipline, it is used as a carrier gas pressure in the closed pipeline to transport bulk or molding items. Powder pneumatic conveying is the use of gas as the carrier, in a pipe or container conveying of powder material is a kind of method, in the pneumatic conveying, mixed medium is gas and powder granule, the general use of the gas is air, when the materials request can't be oxidation, using nitrogen gas or inert gas, which belongs to the gas-solid two phase flow.This topic based on the experiment is given priority to, with theoretical analysis and numerical simulation is complementary method, system research T branch pipe gas-solid two phase flow conveying system, the overall rally in pipe height changes the flow characteristic of fluid inside the pipeline. In this paper, the main of gas-solid two phase flow pipeline transportation history, development situation at home and abroad, the basic principle and application, etc was introduced in detail, at the same time, research significance and the prospect of this project are discussed in details. In the level of T branch pipe, using compressed air as medium, in keeping the gas flow is 60 m3 / h and 0.22 Mpa, respectively, respectively send pressure and flow change, the changes in the characteristics of the fluid flow analysis and research.Keywords：Gas-solid two-phase flows；Pipe network system；pressure drop;Resistance characteristic1绪论管道气力输送是方兴未艾的新学科和边缘学科,它是利用有压缩气体作为载体在密闭的管道中达到运送散料或成型物品。

2020年增刊前言水泥工程系统粉体物料的主要输送方式是气力输送，包括气力输送泵，气力提升泵，仓式泵，料封泵，空气输送斜槽等设备。

气力输送系统由气力输送设备和管道组成，在输送过程中，由于粉体和输送管道的相互作用，导致输送过程效率下降，同时粉体颗粒对管道造成冲蚀磨损。

计算流体力学（CFD ）是计算机辅助工程（CAE ）的主要分支，广泛应用于科学研究、工程设计中。

Fluent 是目前国际上通用的商用CFD 软件包，用于模拟复杂条件下的流动、热传递和化学反应。

本文基于Fluent 软件对气力输送管路的弯管两相流场进行了定性仿真模拟，简要介绍Fluent 程序求解步骤，为输送管路的优化设计和复杂流体分析提供理论依据。

1模型建立本文选用某工程输送管道一段80°弯管建立简化模型：弯管内径d =150mm ，弯管半径R =300mm ，进口直段长度500mm ，弯管出口角度80°，出口直段长度500mm ，模型剖面示意见图1。

入口出口50050080°150ΦR 300图1弯管模型基于Fluent 软件平台对流场的模拟包括：（1）前处理器：可以通过GAMBIT 模块建立计算模型、进行网格划分，也可以通过导入其它主流建模软件模型或中间格式，使用Fluent Meshing 模块划分网格；（2）求解器：基于Fluent 进行参数设置和求解计算。

求解器是流体计算软件的核心．可对基于非结构化网格进行求解；（3）后处理器：通过对计算结果的后处理，实现图形图表化的输出显示。

本次使用SolidWorks 软件3D 建模，导入FluentFlow Meshing 模块进行划分网格，网格划分质量会直接影响到计算结果。

为了平衡计算工作量和计算的准确性，此次计算共划分弯管六面体网格数量75540个。

经检查网格质量良好，见图2。

图2弯管网格模型2求解计算粉体颗粒随高速气流在管道里流动，气体是连续相，粉体是离散相，这是典型的气固两相流模型。

喷射器内气液流动与混合性能的研究本文旨在探讨喷射器内气液流动与混合性能的问题，研究采用实验方法进行。

在喷射器内，气液两相流的流动和混合过程受到多种因素的影响，如流体特性、喷射器结构、操作条件等。

为了深入了解这些因素对流动和混合性能的影响，本文从以下几个方面展开研究。

关键词：喷射器、气液两相流、流动特性、混合性能、流体特性、操作条件、实验研究喷射器在工业生产中有着广泛的应用，如化工、能源、环保等领域。

喷射器内的气液两相流系统是一种复杂的多尺度、多物理场耦合系统，其流动和混合性能受到多种因素的影响。

为了优化喷射器的设计和操作，提高混合性能，需要对这些影响因素进行深入的研究。

在过去的研究中，许多学者对喷射器内气液两相流的流动特性和混合性能进行了研究。

根据这些文献，我们发现喷射器的结构、操作条件以及流体的物理特性对流动和混合性能有着显著的影响。

喷射器结构的影响：喷射器的结构对气液两相流的流动和混合性能有着重要的影响。

例如，喷射器喷嘴的设计、喉部直径、扩散角度等都会影响气液两相流的流场分布和混合效果。

操作条件的影响：操作条件如喷射压力、气体流量、液体流量等也会对流动和混合性能产生影响。

例如，随着喷射压力的增加，气液两相流的流速和混合效果会提高。

流体特性的影响：流体的物理特性如密度、粘度、表面张力等也会对流动和混合性能产生影响。

例如，粘度较大的液体在喷射过程中更容易形成液膜，从而提高混合效果。

基于文献综述的结果，我们设计了一套实验方案，以研究喷射器内气液两相流的流动特性和混合性能。

实验采用可视化实验装置，包括高速摄像机、显微镜、光源、图像采集和处理系统等。

实验材料包括不同粘度的液体和不同压力的气体。

实验过程中，我们通过改变喷射器的结构参数和操作条件，对流动和混合性能进行系统的研究。

通过实验，我们得到了以下关于喷射器内气液两相流的流动特性和混合性能的喷射器结构对流动和混合性能的影响：随着喷嘴出口直径的减小，气液两相流的流速和混合效果增强。

２０１８年１０月第４６卷第１９期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＯｃｔ ２０１８Ｖｏｌ ４６Ｎｏ １９ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１８ １９ ０３０收稿日期：２０１７－０４－２８基金项目：山西省自然科学基金项目（２０１４０３２１０１４⁃０２）；太原理工大学校基金（１２０５⁃０４０２０２０２）作者简介：刘邱祖（１９８３ ），男，博士，讲师，主要研究方向为机械工程㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｑｉｕｚｕ＠１２６ ｃｏｍ㊂通信作者：刘燕萍，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｐｌｉｕ１２３＠１２６ ｃｏｍ㊂气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模拟研究刘邱祖，李洪喜，刘燕萍（太原理工大学机械工程学院，山西太原０３００２４）摘要：为了提高超声喷嘴的雾化效率，以同轴射流的气液混合两相为介质，结合气泡雾化和超声雾化的优势，建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型，研究不同含气率下内部流场云图和气相分布情况㊂结果得到：喷嘴流体速度呈层状分布，在喷嘴出口附近出现涡旋，在涡旋交界处流体速度达到最大，越靠近谐振腔内部速度越小；在喷嘴内部气泡呈块状分布，随着流体流动，渐渐地开始聚集；考虑到喷嘴内部流体的湍流扰动效果，确定气相工质体积为２０％ ３０％较为合适；进口含气率越大，Ｙ轴方向上的含气率越大，喷嘴Ｘ轴线方向上含气率略高于近壁面处，在Ｘ轴和壁面之间的含气率最少㊂关键词：雾化喷嘴；超声；气液两相；流场中图分类号：ＴＫ２６３ ４㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１００１－３８８１（２０１８）１９－１２２－３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｌｏｗＦｉｅｌｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＮｏｚｚｌｅｗｉｔｈＧａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄＴｗｏＰｈａｓｅＣｏａｘｉａｌＴｙｐｅＬＩＵＱｉｕｚｕ，ＬＩＨｏｎｇｘｉ，ＬＩＵＹａｎｐｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴａｉｙｕａｎＳｈａｎｘｉ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｔｏｍｉｚｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｐｒａｙｎｏｚｚｌｅ，ｍａｋｉｎｇｃｏａｘｉａｌｊｅｔｇａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄｍｉｘｉｎｇｔｗｏ⁃ｐｈａｓｅａｓｍｅｄｉｕｍ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｆｆｅｒｖｅｓｃｅｎｔａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｇａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｃｏａｘｉａｌｔｙｐｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｎｏｚｚｌｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｃｌｏｕｄｃｈａｒｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇａｓｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｇａｓｐｈａｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｎｏｚｚｌｅｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｌａｙｅｒｅｄ，ｔｈｅｒｅｉｓｖｏｒｔｅｘｎｅａｒｔｈｅｎｏｚｚｌｅｅｘｉｔ；ａｔｔｈｅｊｕｎｃｔｉｏｎｏｆｖｏｒｔｅｘ，ｔｈｅｆｌｕｉｄｖｅｌｏｃｉｔｙｒｅａｃｈｅｓｍａｘｉｍｕｍ；ｔｈｅｃｌｏｓｅｒｔｏｃａｖｉｔｙｉｎｔｅｒｎａｌ，ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｖｅｌｏｃｉ⁃ｔｙｉｓ；ｔｈｅｂｕｂｂｌｅｉｎｓｉｄｅｔｈｅｎｏｚｚｌｅｉｓａｍａｓｓｉｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｙｂｅｇｉｎｔｏｇａｔｈｅｒｓｌｏｗｌｙｗｉｔｈｆｌｕｉｄｆｌｏｗｉｎｇ；ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｆｌｕｉｄｔｕｒｂｕ⁃ｌｅｎｃｅｅｆｆｅｃｔｉｎｎｏｚｚｌｅｉｎｔｅｒｎａｌ，ｔｈｅｇａｓｐｈａｓｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｄｉｕｍｖｏｌｕｍｅｉｓｍｏｒｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｗｉｔｈｉｎ２０％ ３０％；ｔｈｅｍｏｒｅｔｈｅｉｎｌｅｔｇａｓｖｏｌ⁃ｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｉｓ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｇａｓｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｎＹａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓ；ｔｈｅｇａｓｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｎＸａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｓｌｉｇｈｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｎｅａｒｔｈｅｗａｌｌｏｆｔｈｅｎｏｚｚｌｅ，ｔｈｅｇａｓｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｉｓｌｅａｓｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＸａｘｉｓａｎｄｗａｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｔｏｍｉｚｉｎｇｎｏｚｚｌｅ；Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；Ｇａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄｔｗｏｐｈａｓｅ；Ｆｌｏｗｆｉｅｌｄ０㊀前言科技的发展引入气液两相喷嘴，它通过液相和气相之间的相对运动来提高喷嘴内部的湍流效果，即利用气流的冲击力将液体破碎成小液滴［１－２］㊂气泡雾化机制研究的关键是理清气泡对内部水流的影响㊂毛传林等［３］利用ＦＬＵＥＮＴ软件，对二次雾化过程进行了模拟，分析了沿喷嘴轴向的液滴粒径分布规律㊂黎国保等［４］在综合考虑液滴破碎及相互碰撞的基础上，针对该形式的喷嘴建立了二次射流喷射模型，仿真结果显示二次射流空气雾化效果要优于一次射流雾化效果㊂李振祥等［５］在模拟过程中分析了Ｗｅｂｅｒ数㊁液体和气体雷诺数以及气液密度比对液滴破碎的影响㊂但在气水雾化过程中，存在着气体能量损失高和用气量大的问题㊂最近的研究发现，雾化过程会受到声音的影响㊂ＳＵＪＩＴＨ［６］针对声音对于雾化的影响进行了一些理论和实验研究，得到由于液相和气相之间的相对运动，声场的存在可以增强液滴之间的传热和传质㊂ＫＡＲＬＳＥＮ等［７］针对声辐射力对单个小球形物质在黏度和传热适中的流场中的作用进行了理论分析，指出在不同尺寸的物质中声辐射力有不同信号变化㊂作者利用哈特曼流体声波发生器原理建立超声激振喷嘴雾化模型，模拟研究喷嘴内部的流场，分析喷距和碰撞壁角度对喷嘴出水口速度的影响，并确定了最佳的参数范围［８］㊂在此基础上，以气液混合两相同轴为介质，结合气泡雾化和超声雾化的优势，建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型，研究不同含气率下内部流场云图和气相分布情况，为认清喷嘴内部湍流情况以及优化结构参数奠定基础㊂１㊀超声气液两相喷嘴模型建立超声速雾化喷嘴是一种流体动力式超声波发生器，主要利用喷嘴射出的高速射流在谐振腔内产生很强的激波，激波经过谐振腔产生超声，利用超声将液滴雾化㊂液体中加入气相工质后会提高喷嘴的射流速度，进而可以提高谐振腔内产生激波的强度，提高液滴的雾化效果㊂同时，气相工质在喷嘴内腔中随着流体运动，在斜壁上破碎，提高了内腔的湍流扰动，增大了液滴之间碰撞时的能量，部分气相工质会随着液相工质从喷嘴喷出，在喷出时会再一次对液滴进行破碎雾化，并且提高其射流速度㊂在喷嘴进口和喷嘴之间设置了Ｘ＝７ｍｍ和Ｘ＝１５ｍｍ的两个截面，目的是分析气相工质在喷嘴内变化情况；在喷嘴和喷嘴的出口设置了相应的监测点，去监测其速度变化㊂喷嘴工作示意图如图１所示㊂图１㊀喷嘴工作示意图利用ＩＣＥＭ软件对喷嘴的流体域即计算域进行建模并且进行非结构化网格划分，研究重点是喷嘴内腔和谐振腔内部流场，所以对这两个区域进行加密处理，使数值模拟结果与真实情况接近㊂喷嘴模型计算域网格划分如图２所示㊂图２㊀网格划分图２㊀喷嘴内部云图仿真结果与分析图３给出了超声喷嘴进口压力为１ＭＰａ的速度分布云图和速度矢量图，可以看出：喷嘴流体速度呈现层状分布的特点㊂这是由于流体具有黏性，使近壁处流体速度减慢，与内侧流体形成速度差，导致速度呈现层状分布㊂注意到在喷嘴出口附近出现了涡旋，在涡旋交界处流体速度达到了最大值㊂这是由于喷嘴出口较小，流体喷出受到阻碍作用，加上斜壁和谐振腔特殊结构原因，使速度呈现出内侧小㊁外侧大的涡旋形状㊂图３㊀喷嘴速度分布云图和矢量图㊀㊀气相分布云图可以清晰地描绘出气泡在喷嘴内部的形成㊁破裂以及气泡的分布情况㊂以液体作为雾化工质，气相作为将进一步提高液体雾化能力的工质，图４给出了喷嘴进口压力为１ＭＰａ条件下不同含气率下气相分布云图㊂可以看出：在喷嘴内部气泡是呈现块状分布，在喷嘴进口处气泡较小，随着流体流动，渐渐地气泡开始聚集，形成体积较大一些的气泡，当气泡运动到喷嘴渐缩结构处时，气泡会因为结构的原因有一个短暂停留的时间，这样会造成气泡聚集，再随着液相工质的运动，在喷嘴口挤压，随着液相喷出进入到喷嘴内腔中；气泡分布在整个内腔中，由于气泡的存在，液相工质湍流扰动会大幅提高，这样液相工质在雾化时的效果将大幅提高㊂由于气相体积分数的不同，喷嘴内气泡含量也相差较多，当气相工质体积为１０％时气泡含量明显少于气相工质体积为２０％和３０％时的情况，这样相应地湍流扰动也会小于气相含量较多时的情况，所以气相工质体积在２０％ ３０％之间喷嘴内部气泡含量较为合适，更加有利于喷嘴内部湍流扰动㊂㊃３２１㊃第１９期刘邱祖等：气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模拟研究㊀㊀㊀图４㊀不同含气率下气相分布云图３㊀含气率对喷嘴内部气泡分布的影响图５为选取的距离喷嘴分别为Ｘ＝７ｍｍ和１５ｍｍ截面上沿Ｙ轴方向气相体积分数情况，通过对比发现：由于进口含气率的不同，相应地Ｙ轴方向上的含气率也不同，进口含气率越大，Ｙ轴方向上的含气率越大㊂对比Ｘ＝７ｍｍ和Ｘ＝１５ｍｍ时Ｙ方向的含气率发现，都在遵循着一个基本规律，喷嘴Ｘ轴线方向上含气率最大，其次为贴近喷嘴壁面，最后在Ｘ轴和壁面之间的含气率最少㊂出现这种现象原因是，由于液相和气相为不相容的两种工质，而气相容易在轴向处和壁面处发生聚集，所以会导致气相在Ｙ轴方向呈现两边多中间少的Ｗ形状的分布㊂图５㊀Ｘ＝７ｍｍ和１５ｍｍ截面沿Ｙ轴方向气相体积分数分布４㊀结论（１）建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型，研究得到喷嘴流体速度呈现层状分布的特点，在喷嘴出口附近出现了涡旋，在涡旋交界处流体速度达到了最大值，越靠近谐振腔内部速度越小㊂（２）在喷嘴内部气泡呈现块状分布，在喷嘴进口处气泡较小，随着流体流动，渐渐地气泡开始聚集，形成体积较大一些的气泡㊂考虑到喷嘴内部流体的湍流扰动效果，确定气相工质体积在２０％ ３０％之间是较为合适的㊂（３）进口含气率越大，Ｙ轴方向上的含气率越大，喷嘴Ｘ轴线方向上含气率略高于近壁面处，在Ｘ轴和壁面之间的含气率最少㊂参考文献：［１］汪朝晖，廖振方，游细桥．新型气溶性射流喷嘴设计与数值模拟［Ｊ］．应用基础与工程科学学报，２０１４（３）：６１６－６２４．ＷＡＮＧＺＨ，ＬＩＡＯＺＦ，ＹＯＵＸＱ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＮｏｖｅｌＡｅｒｏｓｏｌＪｅｔｓＮｏｚｚｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢａｓｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４（３）：６１６－６２４．［２］刘阳阳，何国强，魏祥庚，等．内直外旋气液同轴式喷嘴流量及雾化特性［Ｊ］．推进技术，２０１６，３７（７）：１２８０－１２８６．ＬＩＵＹＹ，ＨＥＧＱ，ＷＥＩＸＧ，ｅｔａｌ．ＦｌｏｗＲａｔｅａｎｄＳｐｒａｙＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＧａｓＣｅｎｔｅｒｅｄＳｗｉｒｌＧａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄＣｏａｘｉａｌＩｎ⁃ｊｅｃｔｏｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，３７（７）：１２８０－１２８６．［３］毛传林，钱丽娟．气泡雾化喷嘴雾化射流场性能仿真［Ｊ］．计算机仿真，２０１３，３０（９）：２０３－２０６．ＭＡＯＣＬ，ＱＩＡＮＬＪ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｐｒａｙＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＥｆｆｅｒｖｅｓｃｅｎｔＡｔｏｍｉｚｅｒ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２０１３，３０（９）：２０３－２０６．［４］黎国保，曾子元，邓斌．一种空气雾化喷嘴的仿真研究［Ｊ］．舰船电子工程，２０１１，３１（５）：１２８－１３０．ＬＩＧＢ，ＺＥＮＧＺＹ，ＤＥＮＧＢ．ＡｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｎＡｉｒＢｌａｓｔＡｔｏｍｉｚｅｒ［Ｊ］．ＳｈｉｐＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎ⁃ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，３１（５）：１２８－１３０．［５］李振祥，郭志辉，车俊龙，等．一种强剪切空气雾化喷嘴的流场和喷雾［Ｊ］．航空动力学报，２０１４，２９（１１）：２７０４－２７０９．ＬＩＺＸ，ＧＵＯＺＨ，ＣＨＥＪＬ，ｅｔａｌ．ＦｌｏｗＦｉｅｌｄａｎｄＳｐｒａｙｏｆａＨｉｇｈＳｈｅａｒＡｉｒ⁃ｂｌａｓｔＮｏｚｚｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２０１４，２９（１１）：２７０４－２７０９．［６］ＳＵＪＩＴＨＲＩ．ＡｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＳｐｒａｙｓｗｉｔｈＡｃｏｕｓｔｉｃＦｉｅｌｄｓ［Ｊ］．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎＦｌｕｉｄｓ，２００５，３８（５）：５７６－５８７．［７］ＫＡＲＬＳＥＮＪＴ，ＢＲＵＵＳＨ．ＦｏｒｃｅｓＡｃｔｉｎｇｏｎａＳｍａｌｌＰａｒｔｉ⁃ｃｌｅｉｎａｎＡｃｏｕｓｔｉｃａｌＦｉｅｌｄｉｎａＴｈｅｒｍｏ⁃ｖｉｓｃｏｕｓＦｌｕｉｄ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＥ，２０１５．［８］李洪喜，刘邱祖，刘燕萍，等．基于ＣＦＤ的超声激振喷嘴雾化特性数值模拟研究［Ｊ］．真空科学与技术学报，２０１７（１）：１１３－１１７．ＬＩＨＸ，ＬＩＵＱＺ，ＬＩＵＹＰ，ｅｔａｌ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＡｔｏｍｉｚａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎＮｏｚｚｌｅＢａｓｅｄｏｎＣＦＤ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７（１）：１１３－１１７．（责任编辑：张艳君）㊃４２１㊃机床与液压第４６卷。

CH E M I CAL ENG I NEERI NG DE SI GN化工设计2011,21(2)下喷式液气喷射器内流体力学的数值模拟党慧丽* 杨雪峰** 陈韶华 四川大学化学工程学院 成都 610064摘要 本文用S TAR-CC M+软件研究下喷式液气喷射器内的流体力学。

结果表明,混合管直径一定,随面积比的增加,混合管入口的压力先增高后减低,空气抽吸量存在一个最大值,此时对应面积比约为4。

在模拟的喉径比范围内,混合管入口处的压力较低,但存在一个最大的压力降,对应喉管长度为0,空气抽吸量随喉径比而变,也存在一个最大值。

喷射器结构参数一定,空气抽吸量和混合管压力降随喷嘴速度的增高而增加。

关键词 液气喷射器 数值计算 STA R-CC M+作为一种气液传质设备,喷射器与传统的设备相比具有传质效率高、结构简单和经济实用的优点。

液气喷射器无运动部件,结构简单、工作可靠、安装方便,广泛应用于结晶[1]、海水淡化[2]和污染治理[3]等领域。

喷射器一般由喷嘴、吸入室、混合管、扩压管组成。

流体从喷嘴高速喷射,由于在喉管部分直径突然缩小,使得流体速度变高,压力变低,从而使引射流体(特别是气体)被抽入吸入室,两种流体在混合管混合后经扩压管压力得到回升。

很多学者通过实验研究了喷射器的性能: C ra m ers[4]研究了喷射器混合管长度对质量传递的影响;K i m[5]研究了水平放置的喷射器中工作流体的体积流率、喷射高度、喷嘴直径对含气量的影响;W itte[6]首次提出了混合波的概念。

随着计算流体力学(Co m putati o na l Fluid Dyna m ics CFD)的发展,部分学者开始用CFD对射流器内部流场进行数值模拟和计算[7-11],研究液气喷射泵的内部流动情况,并取得了很好的效果:K andakure[12]首次对气液喷射器的动力特征进行了模拟,并与Bhutda and Pangar kar[13]的实验进行对比,模拟结果比较合理;Tony U to m o and Zhenhun Ji n[14]研究了气液喷射器几何参数对进出口压力和质量传递的影响;姚云[15]等人对上喷式喷射器的动力特点进行了模拟,并分析了与K andakure实验结果不同的原因。

蒸汽喷射器的CFD模拟研究刘芬1杜圣飞1王龙飞2王庆仙1(1.国家环境保护生态工业重点实验室（东北大学），2.济钢集团国际工程技术有限公司)摘要为研究蒸汽喷射器内部复杂的流动现象及工况参数对其性能的影响，基于CFD软件 FLUENT对蒸汽喷射器内部流场模拟研究，分析研究了其内部的速度场、压力场及温度场。

通过改变工况参数，研究了其对性能的影响。

结果表明，存在临界压力使蒸汽喷射器的工作 性能最佳。

关键词蒸汽喷射器C F D内部流场临界压力CFD simulation research of steam ejectorLiu Fen1Du Shengfei1Wang Longfei2Wang Qingxian1(1. Northeastern University,2.Jigang International Engineering and Technology Co. ,Ltd.)Abstract For research of steam ejector complex flow phenomenon, based on CFD software FLUENT research the flow about steam ejector. Simulate the internal flow velocity field, pressure field, and temperature field. By changing the working conditions, its impact was researched on performance. The results show that the critical pressure makes the steam ejector performance best.Keywords steam ejector CFD internal flied critical pressure太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再 生能源，具有储量大、免费、无污染、无需运输 等优点。

分类号密级宁波大红鹰学院毕业设计(论文)基于ANSYS的喷雾器喷嘴流场仿真研究所在学院机电分院专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号指导老师年月日诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《基于ANSYS的喷雾器喷嘴流场仿真研究》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人（签名）：朱晓峰2012年3月25日摘要本文采用ANSYS 的CFD分析模块对喷雾器喷嘴流场仿真研究，通过建立喷雾器喷嘴内流体流动的计算模型, 分析了计算流体力学方法( CFD) 在模拟喷嘴流场方面的应用。

ANSYS是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种在计算数学，计算力学和计算工程学领域最有效的通用有限元软件。

它是融结构、热、流体、电磁、声学与一体的大型通用有限元商用分析软件。

利用ANSYS有限元分析，可以对各种机械零件，构件进行应力、应变、变形、疲劳分析，并对某些复杂系统进行仿真，实现虚拟的设计，从而大大节省人力，财力和物力。

由于其方便性、实用性和有效性，ANSYS软件在哥哥领域，特别是机械工程当中得到了广泛的应用。

利用ANSYS软件来比较不同喷嘴结构形式下流体的流动特征, 研究喷嘴突出长度、入口速度以及输入管内径对喷嘴雾化质量的影响。

结果表明这些参数相互配合, 存在最优值, 为喷嘴结构优化设计提供信息及依据, 对实际生产也具有指导意义。

关键词：喷雾器，流体力学，有限元分析，雾化AbstractThis paper uses the ANSYS CFD analysis module of the sprayer nozzle flow field simulation research, through the establishment of the sprayer nozzle flow calculation model, analysis of the computational fluid dynamics (CFD ) method in simulation of nozzle flow applications. Comparison of different form of nozzle structure for fluid flow characteristics, study of the nozzle protrusion length, entrance velocity and input tube diameter of nozzle atomization quality influence. The results show that these parameters are matched with each other, there exists an optimal value for the nozzle structure optimization design, provide information and basis, also has guiding significance for practical production.Key Words:sprayer, fluid mechanics, finite element analysis, atomization目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 主要课题内容及分析 (1)1.1.1 主要内容 (1)1.1.2 选题背景 (1)1.1.3 设计方案 (1)第2章有限元概述 (2)2.1 有限元国内外研究现状 (2)2.2 有限元分析的发展趋势 (3)2.3.1 与CAD软件的无缝集成 (4)2.3.2更为强大的网格处理能力 (4)2.3.3由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解 (5)第3章喷雾器模型的建模设计 (6)3.1喷雾器特性 (6)3.1.1 现实中的运用 (6)3.1.2 喷雾器的工作原理 (6)3.2对喷雾器模型ANSYS分析 (8)3.2.1 分析思路 (9)3.2.2 导入模型 (9)3.3 FLOTRAN CFD 分析的概念 (13)3.4 FLOTRAN 分析基础及OTRAN单元的特点 (14)3.5喷嘴流场FLOTRAN分析 (15)第4章对喷雾器模型ANSYS详细分析 (30)4.1喷雾器喷嘴模型分析 (30)4.1.1喷雾器喷嘴的计算模型 (30)4.2数值计算边界条件 (31)4.4 计算结果及讨论 (36)4.4.1喷嘴输出管拐角对流体流速分布影响 (36)4.4.2喷嘴突出长度对流体流速分布的影响 (37)4.4.3输入管入口速度对流体流速分布的影响 (37)4.4.4喷嘴输入管内径对流体流速分布的影响 (37)总结与展望 (38)参考文献 (39)致谢 (41)第1章绪论1.1 主要课题内容及分析1.1.1主要内容对喷雾器喷嘴进行工艺分析，并确定分型方案、浇注系统位置和大小、抽芯方案、顶出方案等。

喷射器流场的数值模拟研究喷射器在许多工业领域中都有着广泛的应用，如化学反应过程、能源转换和制冷系统等。

喷射器的性能直接影响到这些系统的稳定性和效率。

因此，对喷射器流场进行深入研究具有重要意义。

近年来，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，数值模拟已成为研究喷射器流场的重要手段。

喷射器流场数值模拟的研究主要集中在以下几个方面：流场特性：研究喷射器内部流动规律，包括速度、压力、温度等参数的分布规律，以及各参数之间的关系。

流动稳定性：研究喷射器内部流动的不稳定现象，如流动振荡、旋转等，以及这些现象对喷射器性能的影响。

喷嘴设计：通过对喷嘴结构的优化设计，减少流动损失，提高喷射器的性能。

数值模拟方法：研究适用于喷射器流场的数值模拟方法，如计算流体动力学（CFD）、有限元法（FEM）等。

本研究采用实验测量和数值模拟相结合的方法，首先通过实验测量获取喷射器流场的实际数据，然后利用数值模拟方法对实验数据进行验证和预测。

具体步骤如下：实验设计：根据喷射器的实际应用场景，设计实验方案，包括测量位置、测量仪器、实验操作流程等。

数据测量：通过实验测量获取喷射器流场的实际数据，包括速度、压力、温度等参数。

数值模拟：利用CFD、FEM等数值模拟方法对喷射器流场进行模拟，得到流场各参数的分布规律。

结果对比：将实验测量数据与数值模拟结果进行对比，验证数值模拟方法的准确性和可行性。

直接测量方法：通过实验测量得到喷射器流场的实际数据。

此方法具有直观性和可靠性的优点，但实验条件和测量仪器可能会影响测量结果的准确性和可重复性。

间接测量方法：通过数值模拟方法对喷射器流场进行模拟，得到流场各参数的分布规律。

此方法可以避免实验条件和测量仪器的影响，但需要建立准确的数学模型和选择合适的数值模拟方法。

数值模拟方法：根据实验测量数据建立数学模型，利用CFD、FEM等数值模拟方法对喷射器流场进行模拟。

通过对数学模型的分析和优化，可以提高数值模拟的准确性和效率。

武汉理工大学硕士学位论文风送式超低量喷雾装置内流场数值模拟研究姓名：彭军申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：柴苍修20061001武汉理工大学硕士学位论文摘要低容量喷雾和风送远射程喷雾技术是近年来世界植保机械领域研究的新技术。

其独特的优点是省工、省药、费用低，对农药的剂型、气象条件要求不严格等。

但我国在此领域与发达国家还有很大差距，主要体现在旌药工效低和农药有效利用率低等。

因此积极开展我国施药器械和施药技术的基础理论研究，尽快提高我国农药使用技术水平便成为当务之急。

ＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）技术发展到今天，已逐渐作为一种新手段而日益受到重视并得以广泛地应用和发展，并在诸如航空航天等高科技领域中得到了众多工程实践的证实。

ＣＦＤ技术对这些领域中流动、传热、燃烧、化学反应、多相流等问题的高精度数值预测使其在越来越多的工程中得到推广和应用。

・本文基于６ＷＣ．３０Ｙ－Ｇ型车载式超低容量喷雾机的喷雾装置，结合喷雾装置流场区域内流场的湍流特性，建立合适的湍流模型。

基于ＣＦＤ通用软件ＦＬＵＥＮＴ，确定了一套喷雾装置内流场的数值模拟方法。

首先，从理论上分析雾滴破碎的机理，找出影响雾滴尺寸和均匀性的主要因素。

其次，针对喷雾装置内流场的流动情况，建立合适的湍流模型，并寻找合理的数值求解算法。

结合喷雾区域流场的流动状态对喷雾装置内流场数值模拟的过程及关键问题进行了阐述。

第三，利用ＦＬＵＥＮＴ软件对喷雾装置内流场进行模拟分析。

通过对起涡器和喷筒选取不同的参数，分别进行模拟分析，比较模拟结果找到最优的起涡器参数，给喷雾装置的设计提供理论依据。

【关键词】喷雾机，风送喷雾，农药施用，雾滴漂移，流场模拟ＡｂｓｔｒａｃｔＵｌｔｒａ－ｌｏｗｖｌｏｕｍｅｓｐｒａｙｍｇａｎｄｌｏｎｇ－ｒａｎｇｅａｉｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｓｐｒａｙｉｎｇａｒｅｔｈｅｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃｅｓａｒｉｓｅｎｒｅｃｅｎｔｌｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｐｌａｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｉｔｓｓｐｅｃｉａｌｍｅｒｉｔｓ：ｓａｖｉｎｇｌａｂｏｒａｎｄｄｒｕｇ，ｌｏｗｃｏｓｔ，ｔｉｍｅｌｙｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇａｎｄｃｕｒｉｎｇ，ａｎｄｂｅｉｎｇｎｏｔｓｔｒｉｃｔｔｏｔｈｅｓｏｒｔｓｏｆｄｒｕｇａｎｄｗｅａｔｈｅｒｅｏｎｄｉｔｉｏｎｅｔｅ．ｗｈｉｃｈｈａｖｅｍａｄｅｔｈｅｓｅｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗａｌｋｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｒａｎｋｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｐｌａｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｑｍｐｍｅｎｔ．Ｂｕｔｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｔｒａｉｌｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｃｏｕｎｔｒｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄ，ａｂｏｕｔｔｈｅｌｏｗｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｒｏｐ－ｄａｓｔｉｎｇａｎｄｕｔｉｌｉｚｅ．Ｓｏｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｐｌａｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇｃｒｏｐ—ｄｕｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａＩ；ｅｕｒｇｅｎｔａｆｆａｉｒｓ．ＳｉｎｃｅＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｉｎｖｅｎｔｅｄ，ｉｔｈａｓｂｅｅｎａｔｔａｃｈｅｄｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅａｓａｎｅｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｈａｓｂｅｅｎｇｒｅａｔｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｄｕｅｔｏｂｅｉｎｇｐｒｏｖｅｄｔｒｕｅｂｙｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｆｏｒｅｃａｓｔｓｏｆｆｌｏｗ，ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｃｅ，ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎ，ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｍａｎｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｓｉｎｈｉｇｌｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｄｕｓｔｒｙｓｕｃｈａｓａｖｉａｔｉｏｎｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔｅｔｃ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｂｅｃｏｍｅｓｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｄａｎｄａｄｏｐｔｅｄｉｎｍａｎｙｏｔｈｅｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ６ＷＣ－３０Ｙ－Ｇｍｏｄｅｌｔｒｕｃｋ－ｍｏｕｎｔｅｄｕｌｔｒａ－ｌｏｗｖｌｏｕｍｅｓｐｍｙｅｒａｎｄｕｎｉｔｅｄｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｓｐｅｃｉａｌｉｔｙｏｆｉｎｎｅｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅａｒｅａｏｆｓｐｒａｙｉｎｇｆｉｅｌｄ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｒｉｇｈｔｔｕｒｂｕｌｅｎｔｍｏｄｅｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｔｈｅＣＦＤｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｓｏｆｃｗａｒｅＦＬＵＥＮＴ．Ｆｉｒｓｔｌ％ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｏｇｄｒｏｐｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｆｉｎｄｔｈｅｐｒｉｍａｒ），ｆａｃｔｏｒｓａｂｏｕｔａｆｆｅｃｔｉｎｇｆｏｇ＆ｏｐｓｉｚｅｓａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｒｉｇｈｔｔｕｒｂｄｅｎｔｍｏｄｅｌａｎｄｆｒｅｄＩｏｇｉｅａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｏｌｖｉｎｇａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｉｍｅｄａｔｔｈｅｉｎｎｅｒｆｌｏｗ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｔｈｅｆｌｏｗｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｐｒａｙｉｎｇｉｎｎｅｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄ，ｅｘｐｏｕｎｄｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓ．１ｒｔ忙ｔｈｉｒｄ．ｕｓｅｔｈｅＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｉｎｎｅｒｆｌｏｗｏｆｔｈｅａｉｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｕｌｔｒａ－ｌｏｗｖｌｏｕｍｅｓｐｒａｙｅｒｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｓｅｉｒｌｌａｍｉｎａａｎｄｎｏｚｚｌｅ．ｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｉｎｎａｒｆｌｏｗ，ａｎｄｆｉｎｄｔｈｅｂｅｓｔｐａｒａｍｅｔｅｒｃｍｎｐａｒｅｄｔｏｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｓｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅａｃａｄｅｍｉｃｇｉｓｔｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｉｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｕｌｔｒａ－ｌｏｗｖｌｏｕｍｅｓｐｒａｙｅｒｄｅｖｉｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｐｒａｙｅｒ，Ａｉｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｓｐｒａｙｉｎｇ，Ｃｒｏｐ—ｄｕｓｔｉｎｇ，Ｄｒｏｐｌｅｔｄｒｉｆｔ，Ｆｌｏｗｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ．Ｖ第一章绪论１．１本课题的研究背景２０世纪中叶，环境污染问题已引起国际社会的严重关注。

气力输送的数值模拟研究
气力输送的数值模拟研究是一种用于研究和改进空气动力学性能
的方法。

它使用计算机模拟来模拟气流流动在流体动力学装置中的精
细细节，并可以预测气体流动特性，如压力降、温度变化和速度分布等。

为了实现准确模拟，气力输送的数值模拟研究通常使用计算机网
格表示布置，而这种表示方式常常在流体动力学计算中得到广泛应用，因为它能够更好地表示复杂的流场。

数值模拟的主要应用包括流量测
量和控制、气体冷却、消声设计、压缩机工作曲线、气动性能诊断等。

气力输送的数值模拟研究使用数值模拟软件来模拟和测量空气动力学
性能，识别各种流体流动在气力输送系统中的特征，可以分析焊接、
冷却和消声等问题的影响。

首先，需要建立仿真模型，以模拟气体流
动的物理过程，确定室温和压力等参数，以便计算流动特性。

然后，
通过解决流体力学方程和热传导方程，模拟流动性能变化。

同时，通
过改变流体参数，如压力和温度，来模拟不同的条件下气体流动行为，从而改进气体性能。

最后，通过收集流体流动特性，进行数据分析和模型验证，最终
达到系统优化目的、节省能源和提高气动性能的目的。

气力输送的数
值模拟研究不仅能够解决空气动力学中的现实问题，而且可以有效地
提高气动设备的工作性能，保证设备的正常运行，减少能源消耗，确
保设备的安全运行，为空气动力学研究提供了有效的手段。

第2期2021年2月126机械设计与制造Machinery Design & Manufacture 3D 打印燃气轮机天然气喷嘴的流场仿真分析赵林I,邵方琴2,曾维I,郑高峰2（1冲国航发南方工*有限公司，湖南株洲412002；2,厦门大学仪器与电气系，福建厦门361102）摘要：开展3D 打印天然气喷嘴流场仿真研究,为小型化燃气轮机控制技术的提升奠定基础。

利用Solidworks 、ANSYSICEM CFD 软件进行3D 打印天然气喷嘴模型建模和网格划分，基于FLUENT 仿真完成不同压力工况下稳态天然气喷射流场的数值模拟计算。

在天然气喷嘴外流场中形成的几何回流区会随着供气压强的增大而消失，中心回流区会随着工况压力的增大而逐渐向下游区域移动;天然气喷嘴的体积流量会先随着供气压强的增大而增大,供气压强大于0.15 MPa 时 体积流量逐渐饱和趋于平缓;质量流量随着压力工况的增大而呈线性增大;在距离喷嘴出口 70mm 处的不同压强工况下 的不均匀度小于0.37o 从仿真上研究天然气的分布以及气流的流动特性为3D 打印喷嘴安全稳定运行及合理组织流场提 供参考依据，为3D 打印技术在燃气轮机制造中的应用提供了理论基础。

关键词:天然气喷嘴;数值模拟;3D 打印技术;燃气喷射;流场仿真中图分类号:TH16;TK471文献标识码:A文章编号:1001-3997(2021 )02-0126-04Flow Field Simulation of 3D Printed Natural Gas Nozzle for Gas TurbineZHAO Lin 1, SHAO Fang-qin 2, ZENG Wei 1, ZHENG Gao-feng 2(1.China National South Aviation Industry Co., Ltd., Hu'nan Zhuzhou 412002, China ; 2.Department of Instrumental andElectrical Engineering, Xiamen University, Fujian Xiamen 361102, China)Abstract ：7%is paper investigated the flow f ield simulation of 3D printing natural gas nozzle , which laid a good foundation f orthe development of controlling technique for gas turbine. The Solidworks software was utilized f or the modeling and grid meshgeneration of g as nozzle , and the numerical simulation of s teady f low f ield was done to study th^ ejection behaviors of natural gas nozzle under different conditions by using ANSYS ICEM CFD software. The geometric recirculation region formed in theexternal flow field of the natural gas nozzle disappeared with the increase of the gas pressure , and the central recirculationregion gradually moved to the downstream zone with the increase cf s upply pressure. In addition , the results revealed that with the increase of t he gas pressure , the volume flow of t he natural gas nozzle would increase first , and gradually become gentle at0.15MPa; the mass flow rate increases linearly with increasing pressure conditions ; the non —unifijTTnit'y of the mass flow rates at the point o/* 70mm f rom the nozzle outlet under each working condition is less than 0.37. The distribution of natural gas and the flow characteristics of the gas flow provide a reference by simulation research for the sc^e and stable operation of the 3Dprinting nozzle and the reasonable organization of the flow field, w hich provided a theoretical basis for the application of 3D printing technology in gas turbine maniifacturing.Key Words ：Natural Gas Nozzle ； Numerical Simulation ； 3D Printing Technology ； Gas Injection ； Flow Field Simulation1引言3D 打印技术是近年来发展较为迅速的新产业革命核心技术之一。

西南民族大学学报·自然科学版 第32卷第2期Journal of Southwest University for Nationalities ⋅Natural Science Edition Mar.2006______________________________________________________________________________________________收稿日期：2006-01-09作者简介：杨燕勤(1973-)，女，上海师范大学机电学院讲师，博士研究生. 基金项目：上海师范大学青年教师基金项目.文章编号：1003-2843(2006)02-0316-08喷射器流场的数值模拟研究杨燕勤1，安志强2，经树栋3（1.上海师范大学机电学院，上海 201418； 2. 阿美得格电机（上海）有限公司，上海 201615；3.华东理工大学化工机械研究所，上海 200237）摘 要：采用流体动力学计算软件FLUENT 对大气喷射真空泵的超音速混合过程进行数值模拟．分析了进口压力、引射压力和出口压力的变化对引射流量的影响，及面积比、喉嘴距和扩压器出口直径等几何尺寸对工作性能的影响．结果表明，工作气体的变化对引射流量的影响较小，当工作压力波动时不会引起性能急剧下降，操作参数与几何参数对喷射器的波系结构影响很大．在一定的设计工况下，对应于最大引射流量存在一个最优面积比和喉嘴距． 关键词：喷射器；FLUENT ；数值模拟；流场中图分类号：TK 511.3 文献标识码：A喷射器是利用流体传递质量和能量的设备，由于其结构简单、工作可靠、寿命长、易于维修等诸多优点，在国内外动力、矿山机械、石油化工、冶金、轻工纺织、建筑、制冷等领域应用越来越广．大气喷射器是以压缩空气为工作介质，来抽吸和压送气体（被抽气体称为引射介质），以获取真空的喷射器．压缩空气进入喷射器，从拉瓦尔喷嘴中喷射出超声速气流，由于气流处于高速而压力降低，在局部区域形成真空，引射气体在压力差的作用下流向低压区，并且与工作流体混合，由于气体 的黏性被高速气流卷吸入室内，再通过扩压器排出，达到连续抽吸流体的目的．气体喷射器的设计通常采用三种设计方法，即热力学方法，气体动力学方法和简化计算法[1]．其中气体动力学的假设条件与泵的实际工作情况比较接近，使用的比较普遍．但是由于计算公式复杂，计算量大，若采用手工算法，只能进行试算，得到一些近似结果．随着计算机技术的飞速发展，数值模拟已经在工业生产的各个领域中得到了广泛的应用，并在科研和生产中发挥着越来越重要的作用．它不仅可以对喷射泵进行优化设计，提高计算精度和速度，对一些过去靠经验取值的参数从降低成本的角度进行优化，还可以采用CFD 方法深入研究其流场分布规律和变工况运行性能曲线．这种优势是手工计算不能比拟的．本文的工作就是将目前国际上比较流行的商用CFD 软件包——FLUENT ，应用于喷嘴射流流场的数值模拟，分析了进口压力、引射压力和出口压力的变化对引射流量的影响，及面积比、喉嘴距和扩压器出口直径等几何尺寸对工作性能的影响．1 控制方程根据喷射泵内部流场的特点，采用如下假设[2]： （1）稳定的轴对称流动； （2）忽略流体浮力的影响；（3）喷嘴出口截面上工作流体和引射流体互不混合，但紧密流动． 非定常可压缩的射流满足如下的N-S 方程[3]第2期 ∫∫∫∫∫∫∫∫ΩΩ∂Ω=⋅−+∂∂HdV dA G F WdV t （1） 上式中，Ω是控制体，∂Ω是控制体边界面，W 是求解变量，F 是无粘通量，G 是粘性通量，H 是源项．⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧++++=⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=q v G pU UE k p Uw j p Uv i p Uu U F E w u W j ij zi yi xi r r r r ττττρρρρρρρρρ0上式中，ρ是密度，u 、v 、w 是速度分量，E 是单位体积总能，U 是速度矢量，p 是压力，i r 、j r 、k r是单位矢量，τxi 、τyi 、τzi 、τij 是粘性力，q r是热对流项．2 FLUENT 软件简介[4]大型流体动力学计算软件FLUENT 是由Fluent 公司开发的用于模拟流体流场分布，为工程实际和理论研究提供流场内部的变化规律，让研究人员清楚的了解速度、压力以及温度等参数的分布，从而为结构优化提供帮助的大型商用软件．FLUENT 提供灵活的网格划分功能，可以使用非结构网格，例如二维三角形或四边形网格、三维四面体/六面体/金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动．甚至可以用混合型非结构网格，它允许你根据解的具体情况对网格进行修改（细化/粗化）．网格对解的适应可以准确的预测具有大梯度区域的流场，如自由剪切层和边界层区．与结构化网格相比，这种功能可以显著的减少网格的生成时间．适应解的网格细化功能可以在任意区域进行网格细化，并且减少计算机的内存使用量和CPU 运行时间．3 数值模拟3.1 计算模型及网格划分尽管一维模拟方法在喷射器的设计和性能分析中得到了比较多的应用[5]，但是它不能给出喷射器内部流体的速度分布、能量损失等信息，因而就无法全面考虑喷射器内部结构对流动、混合等过程以及喷射器性能的影响．为了解决这些问题，采用多维流动模型计算喷射器内部流场是必要的．考虑气体超音速喷射器混合段入口截面处引射流体的速度与工作流体速度相比很小，将引射流体的侧向入口简化成轴向环形入口，因而可以简化成两维轴对称模型进行计算，如图1所示．两维模型的中心边界为对称轴，各变量在对称轴法线方向的梯度及垂直于对称轴的速度为零．由于引射流体侧向进入会对混合室内的流场有扰动，而轴向进口会减弱这种影响．壁面采用无滑移绝热壁面．喷射器模型的建立和网格划分均是在FLUENT 的前处理模块GAMBIT 中进行的，它具有灵活的建模和网格化分功能．在喷射器的分网过程中，一种重要的网格划分思想为将整体分区进行划分，在各分区的交界面处，两个体共用一个面，保证网格的连续性，这样流体流动过程中参数的变化规律可以准确的被捕捉．318 西南民族大学学报·自然科学版图1 两维轴对称模型3.2 湍流模式采用二阶精度的有限体积法（FVM）对控制方程进行空间离散，湍流模型采用标准k—є模型；工作流体和引射流体均为大气，其密度按理想气体计算，粘度采用温度的指函数形式；进口均采用压力入口边界，混合流体采用压力出口；计算域的下边界采用轴对称条件（axis），计算域的上边界和左边界采用无反射边界条件（pressure far－filed）；固体壁面为无滑移、无渗流、绝热边界；时间离散采用多重Runge－Kutta显式格式迭代，并采用多重网格法（Multigrid－grid）加速迭代收敛，自适应网格法（Grid Adaption）捕捉激波，以获得与网格无关的计算结果．3.3 进口压力的影响一般来说，喷射器几何尺寸不变，其工作气体压力P1在某一范围内变化时能够保证系统正常工作抽吸气体，但是会引起引射流体入口压力P2的上下波动，P1过低会使喷射器的不稳定性增加，甚至不能抽吸气体，而出现气体倒流现象，情况严重的将导致整个生产停车．当工作压力增加时，泵的工作流体和引射流体流量增加，工作指标趋于经济，这一点对于单级和多级喷射器都比较明显．但是当P1超过设计压力时，工作气体流量继续增加，而引射流体的流量变化不大，由于压力升高而引起的设备费用等都相应提高较大，通过喷射获得真空的成本增加．图2是引射压力不变时（P2＝0.071MPa），引射流量与工作压力变化的关系．由图2可以看出，当工作压力变化较大时引射流量变化比较平缓，因此如果实际工作中的工作气体压力偏离设计压力，喷射器的效率受到的事实上，在工程应用中喷射器的工作压力一般与设计压力的偏差不会很大，该曲线是考虑工作压力在设计压力正负5％的范围内得出的．这样会导致喷射器最高效率点在某一区域内，如图3所示，喷射器的工作区域是两条线中间的部分区域，知道操作压力的值可以从该图上找出其对应的被抽气体流量．图3中曲线1、2分别代表P2为0.075MPa、0.066MPa时，工作压力与引射流量的关系．当工作压力升高到一定值以后，被抽气体流量随引射压力变化不大．但是由于工作压力升高而导致的设备成本和其它费用迅速增加，相对于在设计工况下完成所需要的抽气量的费用大的多．随着进口压力的增加，马赫数增大，并且射流核心（超音速区）的长度增加．当进口压力超过某一值后，激波不仅仅存在于喷嘴的出口附近，而是随着速度增大不断向扩压器的出口方向移动．在正常设计工况下，工作流体同引射流体混合后速度不断降低，同时压力升高，然而当压力高于设计压力时，混合流体流出喉管以后第2期可能会由于气流膨胀不足而在管径扩张段继续膨胀，有可能再次达到超音速．图4是沿轴线上速度分布曲线，可看，当喷射器的进口压力增加时，速度波动区域增长，并且高温区高速区向扩压器出口方向移动．混合流体出口压力和速度增加，设备费用相应提高．3.4 出口压力变化的影响对于超音速流动，流动状况取决于扩压器与喷嘴出口面积比A e/A t和背压与滞止压力的比P b/P*[6]，其中面积比决定特征压力（这里的特征压力指的是喷射器内部流动状况分类的界定压力），特征压力与背压、引射压力之间的关系决定喷射器内部的流动状态．当特征压力低于背压时，将导致气流受阻而出现气体倒流．特征压力高于背压时，出口压力相应提高，激波向喷射器出口移动．图5是出口压力分别为0.113MPa、0.1MPa、0.065MPa 的马赫数分布图．（a）P b＝0.113Mpa （b）P b＝0.1Mpa（c）P b＝0.065MPa图5 马赫数分布图320 西南民族大学学报·自然科学版 可见当背压增大时，激波向喷嘴出口方向移动．超过设计压力后引射流体流量迅速下降，引射系数u 随背压的变化情况见图6．背压低于设计压力时，引射系数u 变化不大．由此可知道，背压的轻微变化会引起喷射器性能的急剧下降．3.5 喷嘴距、面积比和引射压力对喷射器性能的影响喷射器在实际工作时，二次流体的流量变化不仅受到单个因素的影响，而且同时受到多个参数变化的共同作用，这就决定了喷射器产品尺寸的多样性．如果以实验的方法考虑这些因素的影响，成本是相当大的．把引射流量G 与喉嘴距d 、面积比f 和引射压力P 2之间的关系用函数形式表达为：G=f(d , f, P 2, k) （2） 式中G —引射流量，kg/sd —喉嘴距，喷嘴出口截面与扩压器喉管入口截面间距离，mmf —面积比，喷嘴出口截面与扩压器喉管入口截面面积比 P 2—引射压力，Mpak —修正系数，表示数值模拟结果中没有考虑的因素，有待于实验确定数值计算过程中分别考虑了面积比f 为1.44、1.56、1.96、2.25、2.56、2.89、3.06、3.24、3.61九种情况和喉嘴距d 为38mm 、36mm 、34mm 、32mm 、30mm 、26mm 、22mm 、18mm 、14mm 九种情况以及引射压力在设计值P 2正负5%范围内变化情况下的二次流流量曲线．图7(a)～(j)分别是d ＝38mm ～14mm 时喷射器的引射压力和面积比对引射流量的影响．图中以面积比f 为横坐标，引射流体流量为纵坐标．(a) d ＝38mm(b)=36mm___________________________________________________________________第2期(c) d＝34mm (d) d =32mm(e) d＝30mm(f) d＝26mm(g) d＝22mm (h) d＝18mm(i) d＝14mm1-P2=0.075MPa 2-P2=0.074MPa 3-P2=0.073MPa 4-P2=0.072MPa 5-P2=0.071MPa 6-P2=0.070MPa 7-P2=0.069MPa8-P2=0.068MPa 9-P2=0.067MPa 10-P2=0.066MPa图7 不同喉嘴距引射流量随面积比变化曲线322 西南民族大学学报·自然科学版当喉嘴距的d＝38mm时引射流量随引射压力和面积比的变化关系曲线如图7(a)所示，流量曲线并不稳定，而是随面积比值的变化出现波动；引射压力为0.066MPa时，喷射泵几乎不能正常工作，当引射压力为0.074MPa 时，引射流量曲线出现波动．这说明喉嘴距增大会减小喷射泵高效区，导致流量和工作性能不稳定．由图7(b)可以看出，喉嘴距减小后，对应于引射压力为0.066MPa的引射流量曲线趋向于稳定，而较高引射压力值对应的流量曲线仍然不稳定；与图7(a)相比，在相同引射压力下随面积比的增大，引射流量增加．由图7(c)和(d)可以看出，随着喉嘴距的减小，相同引射压力下的引射流量值进一步升高，并且各条曲线都变得比较平滑；当面积比小于2.25时，对应于各个引射压力值的流量曲线趋向于重合，即随引射压力的变化，引射流量变化并不明显．在图7(e)和(f)中可以看出，面积比小于2.25时的引射流量值随引射压力变化更不明显，这说明当喉嘴距在某一范围时，改变面积比对于提高引射流体的抽吸量并不显著．由图7(e)、(f)、(g)、(h)中可以看出，当面积比超过2.25并且引射压力在某一固定值时，随着面积比的增大，引射流量逐渐增大；当引射压力值比较高时，引射流量曲线渐渐趋于水平．每个图中的引射流量曲线最高点对应的面积比即为在该引射压力下的最佳面积比．由图7可以看出，随喉嘴距增大，在相同引射压力和面积比情况下引射流体流量逐渐减小，并且当引射压力减小时，流量曲线与横坐标轴之间的面积越来越小，即喷射器的高效点降低，有效工作范围缩小．当喉嘴距确定，面积比f小于某一值时，引射压力的波动对引射流体流量变化的影响不大；超过这一面积比后，随引射压力的增大，引射流体流量迅速增加，面积比增大对于在吸入压力较低的环境中工作的喷射器性能影响较大，引射流量曲线急剧下降，但吸入压力较高的喷射器的吸入流量受到的影响较小．在图7(a)～(i)中取P2＝0.071MPa时的流量点，以面积比f为横坐标，引射流量G为纵坐标，得到当引射压力一定（P2＝0.071MPa）时引射流量随面积比和喉嘴距变化的曲线，如图8所示．1-d=14mm 2-d=18mm 3-d=22mm 4-d=26mm 5-d=30mm 6-d=32mm 7-d=34mm 8-d=36mm 9-d=38mm第2期引射压力P2和面积比f一定时，引射流量随着喉嘴距的减小增大，但是喉嘴距较小时喷射器的引射流量受面积比增大的影响并不大，见图8中d＝14mm和d＝22mm两条曲线．相反，喉嘴距较大时喷射器的引射流量随面积比变化的高效区域比较窄，如图7(a)中d＝38mm的流量曲线．图9是以喉嘴距为横坐标、引射流量为纵坐标，将图8中f＝2.25的流量点绘制成的曲线．4 结论利用计算流体动力学(CFD)对喷射器进行了数值模拟，求出了它的数值解，研究了喷射器在工作过程中，过膨胀（或欠膨胀）超音速射流波系、边界层、黏性干扰、分离涡、真实气体效应等物理现象的交互作用使得真空喷射器内部流体混合过程很难用简单的气体动力学进行分析，而CFD软件FLUENT的引入提供了一种有效的研究气体喷射真空泵性能及解释其物理现象的方法．分析了进口压力、引射压力和出口压力的变化对引射流量的影响，及面积比、喉嘴距和扩压器出口直径等几何尺寸对工作性能的影响．结果表明，工作气体的变化对引射流量的影响较小，当工作压力波动时不会引起性能急剧下降，操作参数与几何参数对喷射器的波系结构影响很大．在一定的设计工况下，对应于最大引射流量存在一个最优面积比和喉嘴距．但是这个最优值是随着操作压力的变化而出现波动．由于喷射器的流场分布比较复杂，喷射器的结构设计目前还没有比较成熟可行的计算公式，主要还是根据设计者的经验公式．随着计算机技术的普及，采用CFD方法深入研究其流场分布规律是可行的，它的优势是手工计算所不能比拟的．参考文献：[1] 陈奇，陈益林，龚健华，汤传玲.水蒸气喷射泵的计算机优化设计[C]//陆宏圻.第四届全国喷射技术学术会议论文集.浙江：浙江大学出版社,1992;99-102．[2] 郭金基,陈彤.射流泵流场数值模拟的罚有限元分析[C]//陆宏圻.第四届全国喷射技术学术会议论文集. 浙江：浙江大学出版社,1992: 71-77．[3] 谢峻石，何枫.应用FLUENT进行射流流场的数值模拟[C]. 实用计算流体力学通讯，/1st，2004．[4] 刘志强,沈胜强.喷射器一维设计理论的研究进展[J]. 热能动力工程,2001,16(1):229-232．[5] 李素芬，沈胜强，刘岚，等.蒸汽喷射器超音速喷射流场的数值模拟[J]. 中国造纸. 2001(6):33-36．Study on numerical simulation of ejector flow fieldYANG Yan-qin1，AN Zhi-qiang2，JING Shu-dong3(1.Shanghai Normal University, Shanghai 201418, P.R.C.; 2. Ametek Motor’s (Shanghai) CO.Ltd , Shanghai 201615,P.R.C.;3.Research Institute of Process Equipment & Pressure Vessels ECUST, Shanghai 200237, P.R.C.)Abstract: Hydrokinetics calculating software FLUENT is adopted to make numerical simulation to supersonic mixing process of air jet vacuum pump. Injecting pressure and outlet pressure to injection volume is analyzed.The performance of vacuum pump is also investigated by changing the dimension of the mathematical model. The result shows that the change of pressure of working air has a little influence on injection volume, that properties will not decrease greatly while working pressure varies, and that operating parameters has great influence on structure of wave system of ejector. There are optimum throat area ratio and ideal nozzle position for a given operating condition.Key words: ejector；FLUENT；numerical simulation；flow field。

喷射器内液-液湍流混合过程的试验研究和数值模拟的开题报告一、选题背景喷射器是一种基本的流体机械，广泛应用于化工、生物、医学、环保等领域。

在喷射器内部，液体通过喷嘴喷出，形成高速的流动场，从而将液体细分成细小的液滴。

由于喷射器内液体流动的湍流特性，液滴的径向分布、速度分布和粒径分布等特性受到流动湍流运动的影响。

目前，对于喷射器内液-液湍流混合过程的研究较少。

在数值模拟方面，大多数研究集中在理想气体流动和混合过程的仿真上，而在实验方面，主要集中在静态液体或气体混合过程的实验上。

因此，本研究将从实验和数值模拟两个方面，探究喷射器内液-液湍流混合过程的特性及其机理，以期为喷射器的优化设计和应用提供理论基础。

二、研究内容本研究的具体内容如下：1. 喷射器内液-液湍流混合过程的实验研究。

采用高速相机、激光异向散射仪等高精度设备对喷射器内液体混合过程进行实时观测和精确测量，探究不同流量、不同喷口结构和不同液相物性等因素对混合过程的影响，并分析液滴的径向分布、速度分布和粒径分布等特性。

2. 喷射器内液-液湍流混合过程的数值模拟。

采用计算流体力学方法对喷射器内液体混合过程进行模拟，建立数学模型，优化计算参数，模拟液滴的运动轨迹和湍流特性，探究不同流量、不同喷口结构和不同液相物性等因素对混合过程的影响，并与实验结果进行对比分析。

3. 实验和数值模拟结果的比对和分析。

对实验和数值模拟的结果进行比对和分析，深入探究喷射器内液-液湍流混合过程的机理和特性，并提出优化设计建议和应用方向。

三、研究意义1. 丰富了喷射器内液体混合过程的研究领域，为喷射器的优化设计和应用提供理论基础。

2. 构建了喷射器内液-液湍流混合过程的实验测试方法和计算流体力学模型，为液滴的预测和控制提供了参考。

3. 拓宽了计算流体力学在化工、生物、医学、环保等领域中的应用，提升了液-液混合过程的模拟精度和效率。

四、研究方法本研究将采用实验方法和数值模拟方法相结合的方式进行：1. 实验部分：采用高速相机、激光异向散射仪等高精度设备开展液-液混合过程实验，得到液滴分布、速度和粒径等参数数据。

风送式超低量喷雾装置内流场数值模拟研究的开题报告一、研究背景和意义随着环境污染日益严重，人们对空气质量的要求越来越高，特别是在公共场合、医院、学校等场所的病毒、细菌等致病微生物的防控方面，超低量喷雾技术成为一种重要的方法。

超低量喷雾技术可以将液体药物或消毒剂转化为微小的雾状颗粒，通过空气传播的方式达到杀菌或防疫的目的。

风送式超低量喷雾装置是目前应用较广泛的一种超低量喷雾设备。

在该装置中，空气通过风机产生气流，将液体药物或消毒剂喷入空气中，通过大气对流传输到目标区域。

为了能够更有效地利用风送式超低量喷雾装置进行病毒、细菌等微生物的防控，在设计和流场优化方面需要进行数值模拟研究，从而得出更加准确的模型和优化方案。

二、研究内容和方法本文将针对风送式超低量喷雾装置的内流场数值模拟进行研究。

主要内容包括：1. 建立风送式超低量喷雾装置模型根据实际的风送式超低量喷雾装置的几何结构和运行参数，建立数值计算的几何模型。

2. 进行数值模拟计算基于流体力学的基本理论，通过计算流体力学（CFD）软件对风送式超低量喷雾装置进行流场数值模拟。

在此基础上，对流场特性、液滴粒径分布等进行分析。

3. 优化装置结构根据流场分析结果，提出优化风送式超低量喷雾装置结构的方案，改进装置的喷雾效率和工作稳定性。

三、预期成果1. 基于数值模拟的风送式超低量喷雾装置内流场特性分析；2. 建立流场优化模型，提高装置喷雾效率和工作稳定性；3. 探索实现病毒、细菌等微生物的防控方案，提高公共场所的卫生水平。

四、研究计划第一年：1. 综合文献资料，了解风送式超低量喷雾装置的研究现状及发展趋势；2. 建立风送式超低量喷雾装置数值模型；3. 进行数值模拟计算，初步分析流场特性及液滴粒径分布。

第二年：1. 对数值计算结果进行分析，探索流场优化方案；2. 优化装置结构，提高其喷雾效率和工作稳定性；3. 进行实验验证和数据分析。

第三年：1. 综合前期研究结果，撰写学位论文；2. 展开相关领域的深入研究。