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本课题属于国家科技支撑计划资助项目“高效环保用泵关键技术研究及工程应用”(项目编号:2011BAF14801)研究内容之一。
射流泵是利用射流紊动扩散作用,来传递质量和能量的一种流体机械。由于射流泵本身没有运动部件,所以具有工作可靠、密封性好、安装维护方便等优点。因此,射流泵被广泛应用于电力、冶金、水利、化工、环境保护以及航空航天等领域。
射流泵主要依靠流体质点间的相互撞击来传递能量,然而,在射流泵中,工作流体和被吸流体混合时产生的大量漩涡,以及在喉管内壁产生的摩擦损失和在扩散管中产生的扩散损失都会引起较大的能量损失。因此,射流泵的效率偏低,在一定程度上影响了射流泵的进一步发展。
本文采用数值计算和试验研究相结合的方法,对浙江某公司的XDPm255A型射流泵进行研究,主要工作和研究内容如下:
1.基于标准k-ε模型、RNGk-ε模型和Realizablek-ε模型三种不同的湍流模型,应用Fluent软件对射流泵的内部流场进行数值计算,探讨了不同湍流模型在射流泵中的适用性。研究表明:采用三种湍流模型计算得出的流场分布基本一致,但RNGk-ε模型的计算精度和准确度最高,与试验结果最为吻合。在三种模型中,RNGk-ε湍流模型对射流泵内部流场数值计算的适用性最强。
2.利用正交试验方法,深入研究3个主要结构参数对射流泵性能的影响程度。研究结果表明:各因素对射流泵效率产生影响的主次顺序为喷嘴收缩角、喉嘴距、喉管入口段收缩角;喷嘴收缩角是影响射流泵效率的主要因素。
3.根据数值计算结果,在不同面积比下,分析不同的喷嘴收缩角对射流泵内部流场以及外特性的影响。研究表明:当射流泵的面积比一定时,对应不同的喷嘴收缩角均存在一个最优流量比,使射流泵的效率达到最高;当面积比增大时,最优流量比也随之增大。
4.通过数据拟合,得到面积比在2.01~5.06范围内时,射流泵最优喷嘴收缩角的计算公式α=-2.5934R+40.153。并且,通过试验验证了拟合公式的准确性。
本文的研究成果已经应用到浙江某企业的XDPm系列产品中,具有一定的工程应用价值。