径流式气波引射器轴功分析

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径流式气波引射器因其增压效应引起性能提升在压力能回收领域被广泛的关注,但是径流式气波引射器在应用过程中存在消耗外部动力较多的缺点,这严重制约了其推广与应用,为了解决此问题,首先要确定径流式气波引射器轴功的变化规律,所以本文在不考虑传动部件之间摩擦力产生力矩和启动力矩的情况下,借助Fluent软件对径流式气波引射器流道内部的气体对流道的作用力矩而产生的轴功进行分析。基于压力波产生的机理和运动特性给出了径流式气波引射器的的工作原理与工作过程,并且依据压力波的反射特性给出了径流式气波引射器的理想波图。在此基础上对径流式气波引射器的流道内的气体运动状态进行了理论计算,并且对流道内的热力学过程进行了分析,确定了欧拉功方程,最后基于流体质点的动力学分析对流道内的流体质点的受力状况进行了分析。建立二维、三维整机模型和三维周期性模型,并且进行了网格无关性验证和时间独立性验证,确定了建立模型的网格数和时间步长。并且依据搅拌桨功率计算公式验证了力矩监测方式的正确性。在建立模型的基础上进行模拟计算,对压力、速度分布图进行了说明,解释了压力与速度对于设备轴功的影响,同时利用分界面分布图,对径流式气波引射器的排气能力进行了说明,最后利用速度分布图和单流道的力矩受力曲线分别对对径流式气波引射器进行了热力学分析和流体质点分析。通过改变流道形式改变流道内流体质点的受力状况,发现不对心斜渐扩流道因为流道壁面的阻碍作用会使气体流速降低,从而减小了流体质点所受的科氏力,导致设备轴功减小,弯曲流道因为曲率半径的存在,流体质点会产生曲面离心力,这会抵消流道内流体质点所受的科氏力,导致设备轴功的减小。通过对比相同工况下的轴流式和径流式三维整机压力云图,发现径流式引射器流道内因为科氏力的作用压力波存在倾斜现象,而轴流式引射器流道内的压力波,因为科氏力很小,不存在压力波的倾斜现象,这种差异也解释了径流式引射器设备轴功远大于轴流式引射器的原因。通过比较低压端口单位质量流体所消耗轴功和性能提升所消耗的轴功大小,发现在膨胀比较小时,径流时气波引射器的效能是优于轴流式的;在压缩比较小时径流式气波引射器的效能优于轴流式;改变结构参数和选择不对心斜渐扩流道对提高径流式气波引射器的效能作用不大,只对性能产生一定的影响,弯曲流道会大幅提升设备的效能。
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