结构参数对大气喷射器性能影响的数值模拟研究

喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计1韩启龙，马洋(第二炮兵工程大学 动力工程系， 陕西 西安 710025)摘要：喷嘴是产生高压水射流的关键部件，其结构形式对射流动力学性能有很大影响。

以圆柱形喷嘴为对象，进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。

采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。

为节省计算资源，在优化设计时引入Kriging 代理模型替代计算流体力学模型。

分别采用改进的非劣分类遗传算法（Nondominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-II ）和基于分解的多目标进化算法（MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition, MOEA/D ）进行单目标和多目标优化设计。

研究结果表明：直线型喷嘴总体性能较优，凹型喷嘴次之，凸型喷嘴性能最差。

以直线型喷嘴为设计对象，以射流初始段长度和流量为目标，得到了单目标和多目标优化设计结果，单目标优化时，两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。

多目标优化时，优化得到的半锥角处于[15.4 , 89.8 ]区间上。

基于代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。

关键词：高压水射流；喷嘴；全局优化；两相流；代理模型；MOEA/D 中图分类号：V411 文献标志码：A 文章编号：Influence of nozzle structure on high pressure water jet andoptimization design of nozzle structure parameterHAN Qilong, MA Yang(Second Artillery Engine ering University, Xi’an 710025, China ）Abstract : Nozzle is the crucial component used to generate high pressure water jet, and its structure form has large influence on dynamic performance of high pressure water jet, so the influence of nozzle structure on high pressure water jet is analyzed, and the optimization design of nozzle structure parameter is implemented in this paper. Two phase flow computational fluid dynamics model is employed to analyze flow field. The Kriging surrogate model is used to replace the computational fluid dynamics model in the process of optimization design for reducing the computational resources. The Nondominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition (MOEA/D) are respectively employed to carry out single and multi objective optimization design. The research results were summarized as follows. First, the general capability of line-form nozzle was the best, then the concavity-form nozzle, and the protruding-form nozzle has the worst capability. Second, the single and multi objective optimization design of line-form nozzle was implemented, in which core zone length and mass flux of water jet were taken as optimization objectives. Compared to the baseline, the two indexes increased by 14.71% and 27.56% respectively after the single objective optimization. The optimal semi-cone angle after multi objective optimization located on [15.4 , 89.8 ]. Third, the global optimization algorithm based on surrogate model and evolutionary algorithm was proved to be effective. Key words: high pressure water jet ；nozzle ；global optimization ；two phase flow ；surrogate model ；MOEA/D1收稿日期：2015-11-20基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（E031303）第二炮兵工程大学科研基金青年项目（2015QNJJ034）作者简介：韩启龙（1979－），男，甘肃宁县人，硕士，副教授，E-mail ：longfeng.061106@马洋（通讯作者），男，湖南澧县人，博士，讲师，E-mail ：mldy0612@由于具有清洗质量好、清洗速度快、绿色环保、安全性能高等优点[1]，高压水射流在固体发动机推进剂的清洗和切割中具有很好的应用前景[2,3]。

蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟武洪强;刘中良;李艳霞;付维娜;汤永智;石灿【摘要】应用适用于跨声速流动的湿蒸汽两相流模型对蒸汽喷射器内流体的流动进行了数值模拟研究.重点研究了蒸汽喷射器混合室内流体的流动过程,并比较了采用湿蒸汽模型和理想气体模型计算结果差异.研究结果表明,湿蒸汽模型中,蒸汽喷射器引射系数略高于理想气体模型的,混合室内喷嘴出口和引射蒸汽入口附近激波产生的局部高压明显小于理想气体模型的,工作蒸汽速度、温度的降低也要比理想气体模型的小.%Fluid flow in steam jet ejector was simulated by employing wet steam model for transonic flow. The study focused on fluid flow in mixing chamber of steam jet ejector and compared difference in simulation results between ideal gas and wet steam models. Higher entrainment ratio of steam jet ejector, smaller localized high pressure produced by shock waves near nozzle outlet and ejector inlet, and less reduction in velocity and temperature of primary steam were observed in wet steam model than in ideal gas model.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2017(068)007【总页数】7页(P2696-2702)【关键词】蒸汽喷射器;混合室;凝结;湿蒸汽模型;引射系数;气液两相流;数值模拟【作者】武洪强;刘中良;李艳霞;付维娜;汤永智;石灿【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124【正文语种】中文【中图分类】TQ026.2蒸汽喷射器是一种广泛应用于石油、化工、制冷以及食品工业的重要设备。

《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言气水两相喷雾研究在诸多领域，如农业喷灌、燃烧工程、化学喷涂等均有重要应用。

其中，拉瓦尔效应的利用对两相流喷嘴的喷雾效果起到决定性影响。

本研究将采用数值模拟的方法，深入探讨基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾过程及其特性。

二、拉瓦尔效应及气水两相喷雾理论基础拉瓦尔效应是一种基于流体力学原理的现象，即当气流在管道中加速到一定速度后，可以有效地减小或完全消除流动阻力。

气水两相喷雾则是指气体和液体在喷嘴中混合并形成雾状喷射的过程。

这两者结合，可以有效地提高喷雾的效率和效果。

三、数值模拟方法及模型建立本研究采用先进的数值模拟方法，通过建立气水两相喷雾的物理模型和数学模型，对基于拉瓦尔效应的喷雾过程进行模拟。

具体包括：1. 物理模型的建立：根据实际喷嘴的结构和运行条件，建立相应的物理模型。

2. 数学模型的建立：基于流体动力学原理，建立气水两相流的控制方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。

3. 数值模拟方法的选择：采用合适的数值模拟方法，如有限元法、有限差分法等，对模型进行求解。

四、模拟结果与分析通过对模型进行数值模拟，我们得到了基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾的各种特性参数，如喷雾的形状、速度分布、颗粒大小等。

并对其进行分析，得到以下结论：1. 拉瓦尔效应对气水两相喷雾的形状和速度分布有显著影响。

在适当的条件下，拉瓦尔效应可以有效地提高喷雾的均匀性和覆盖范围。

2. 颗粒大小对喷雾效果也有重要影响。

在一定的范围内，颗粒大小越小，喷雾的覆盖率和吸收效率越高。

3. 通过优化喷嘴结构和运行参数，可以进一步提高基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾效果。

五、结论与展望本研究通过数值模拟的方法，深入探讨了基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾过程及其特性。

结果表明，拉瓦尔效应对气水两相喷雾的形状、速度分布和颗粒大小等均有显著影响。

这为进一步优化喷嘴结构和运行参数，提高喷雾效果提供了重要的理论依据。