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[摘 要]本文介绍了气力输送喷射器的结构组成与工作原理，并对其关键部件喷嘴进行了射流仿真，结果射流气体动压的变化趋势与射流气体的速度变化趋势相同，这为喷嘴的合理设计确定提供了理论依据。
[关键词]气力输送喷射器；喷嘴；Fluent；仿真
中图分类号：V412.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0103-02
0 引言
气力输送喷射器是一种应用非常广泛的流体机械，它利用工作流体的射流作用来传递能量。喷嘴作为气力输送喷射器的关键部件，其设计不能通过严格的数值运算求得，只能通过实验或者数值模拟得出。本文通过流体动力学软件Fluent分别对不同直径喷嘴及喷嘴相对于混凝土入料口处于不同位置时的工作状况进行仿真分析，为确定喷嘴安装位置提供了理论依据。
1 气力输送喷射器结构及工作原理
气力输送喷射器结构布局如图1所示，它由高压风管1、紧定螺栓2、风管座3、接受室4、混合室5、扩散室6、底座7、支撑架8等部件组成。
气力输送喷射器工作过程中，高压空气经高压风管1产生高速空气射流，通过风管运行并在与接受室4内与混凝土进行能量交换。在混合室5内高压空气与混凝土均匀混合形成均匀的混合流体，并加速运动，在混合室末端混合流体的运动速度达到最大，经扩散室6混合流体的速度减小且压力增大，通过后端连接的混凝土喷射管路完成混凝土喷射工作。
2 喷嘴仿真模型建立及边界约束
气力输送喷射器内的高压风管是由喷嘴及喷管组成，喷管属于细长型，加工时为减小加工难度常选择标准型管径，查阅相关资料，本文选取气力输送喷射器喷管内径为20mm，喷嘴尺寸如图2所示。
本文采用GAMBIT建立模型并划分网格，并导入Fluent仿真软件进行仿真求解。喷嘴是轴对称结构，为了节省计算时间，本文采用二维轴对称计算模型，图3为仿真计算的几何模型和网格划分。使用GAMBIT软件画出喷嘴ABHI及外部计算区域HBCDEFG。由于高压空气从喷嘴出射出后与空气发生卷吸作用，因此在进行几何建模时，需将外部计算区域向后拓展，否则，计算容易出错。AI长分别为10mm，BH长分别为7mm，AB长为41mm；外部计算区域BC长度针对不同喷嘴直径长度不同为20倍喷嘴直径，宽度DC为5倍的喷嘴直径。
为方便计算机求解，入口AI采用了压力入口边界条件；DE、DC采用了压力出口边界条件，压力出口的压力为一个标准大气压101325Pa；而IH、HG、GF、FE均采用WALL边界条件；BH采用默认的INTERIOR边界条件。
3 喷嘴射流特性仿真
在入口AI压力0.5MPa时，喷嘴射流速度云图如图4所示；喷嘴的动压云图如图5所示，其轴向动压分布如图6所示；喷嘴的静压云图如图7所示。
由图4可知，高压气体在喷嘴内部速度很低，当高压气体进入喷嘴收缩段后高压气体的速度梯度增大，速度值变化明显；高压气体在离开喷嘴出口射入大气之后，射流气体出现激波，并且在射流气体表面沿垂直于轴向方向的速度大小存在明显的梯度变化；在等速流核区末端，射流气体的速度受到基波及空气摩擦的影响，速度明显降低。
由图5可知，射流气体动压的变化趋势与速度变化趋势相同。射流气体的流动过程就是能量的转换过程，射流气体的能量变化过程为气体的压力势能转换为气体的动能。
由图6可知，射流气体的动压在喷嘴收缩段末端压力梯度大，喷嘴射流的轴向动压力变化明显，随射流距离的增加，射流气体的动压变化梯度较小，射流气体的动压值变化成稳定降低的趋势。
由图7可知，射流气体的静压由喷嘴射入空气之前，气体的静压在喷嘴收缩段迅速减小，压力梯度大，随着轴向距离的增加在静压仍在减小，但压力梯度较小。
3 结论
本文介绍了气力输送喷射器的结构组成与工作原理，并对其关键部件喷嘴进行了射流仿真，结果发现高压气体在喷嘴内部速度很低，进入喷嘴收缩段后速度梯度增大，速度值变化明显；离开喷嘴出口射入大气后，射流气体出现激波，并且在射流气体表面沿垂直于轴向方向的速度大小存在明显的梯度变化；在等速流核区末端，射流气体的速度受到基波及空气摩擦的影响，速度明显降低。射流气体动压的变化趋势与射流气体的速度变化趋势相同。这为喷嘴的合理设计确定提供了理论依据。
参考文献
[1] 薛凤娟.气液两相喷射器的实验研究[D].大连：大连理工大学，2008.
[2] Bohnet，Wagenknecht.Investigations on Flow Conditions in Gas/Solid-Injector [M].Ger.Chem.Eng，1978，1（5）：298～304.
[3] 郑金宝，史惠玲，梁译远.气固喷射器的理论和实验研究[J].水泥，1993，7：14～18.
[4] 王明和：负压喷浆机[J]，化工矿山技术，1979.1，49～50.
[5] Muschelknautz，Gierssiepen.G And Rink，Chem Ing Tech[J].1970，42：6～15.
作者简介：蒋奉亮（1981--），男，山东省枣庄市人，助理工程师，2001年毕业于枣庄工业学校，现从事煤矿机械技术管理工作。
[关键词]气力输送喷射器；喷嘴；Fluent；仿真
中图分类号：V412.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0103-02
0 引言
气力输送喷射器是一种应用非常广泛的流体机械，它利用工作流体的射流作用来传递能量。喷嘴作为气力输送喷射器的关键部件，其设计不能通过严格的数值运算求得，只能通过实验或者数值模拟得出。本文通过流体动力学软件Fluent分别对不同直径喷嘴及喷嘴相对于混凝土入料口处于不同位置时的工作状况进行仿真分析，为确定喷嘴安装位置提供了理论依据。
1 气力输送喷射器结构及工作原理
气力输送喷射器结构布局如图1所示，它由高压风管1、紧定螺栓2、风管座3、接受室4、混合室5、扩散室6、底座7、支撑架8等部件组成。
气力输送喷射器工作过程中，高压空气经高压风管1产生高速空气射流，通过风管运行并在与接受室4内与混凝土进行能量交换。在混合室5内高压空气与混凝土均匀混合形成均匀的混合流体，并加速运动，在混合室末端混合流体的运动速度达到最大，经扩散室6混合流体的速度减小且压力增大，通过后端连接的混凝土喷射管路完成混凝土喷射工作。
2 喷嘴仿真模型建立及边界约束
气力输送喷射器内的高压风管是由喷嘴及喷管组成，喷管属于细长型，加工时为减小加工难度常选择标准型管径，查阅相关资料，本文选取气力输送喷射器喷管内径为20mm，喷嘴尺寸如图2所示。
本文采用GAMBIT建立模型并划分网格，并导入Fluent仿真软件进行仿真求解。喷嘴是轴对称结构，为了节省计算时间，本文采用二维轴对称计算模型，图3为仿真计算的几何模型和网格划分。使用GAMBIT软件画出喷嘴ABHI及外部计算区域HBCDEFG。由于高压空气从喷嘴出射出后与空气发生卷吸作用，因此在进行几何建模时，需将外部计算区域向后拓展，否则，计算容易出错。AI长分别为10mm，BH长分别为7mm，AB长为41mm；外部计算区域BC长度针对不同喷嘴直径长度不同为20倍喷嘴直径，宽度DC为5倍的喷嘴直径。
为方便计算机求解，入口AI采用了压力入口边界条件；DE、DC采用了压力出口边界条件，压力出口的压力为一个标准大气压101325Pa；而IH、HG、GF、FE均采用WALL边界条件；BH采用默认的INTERIOR边界条件。
3 喷嘴射流特性仿真
在入口AI压力0.5MPa时，喷嘴射流速度云图如图4所示；喷嘴的动压云图如图5所示，其轴向动压分布如图6所示；喷嘴的静压云图如图7所示。
由图4可知，高压气体在喷嘴内部速度很低，当高压气体进入喷嘴收缩段后高压气体的速度梯度增大，速度值变化明显；高压气体在离开喷嘴出口射入大气之后，射流气体出现激波，并且在射流气体表面沿垂直于轴向方向的速度大小存在明显的梯度变化；在等速流核区末端，射流气体的速度受到基波及空气摩擦的影响，速度明显降低。
由图5可知，射流气体动压的变化趋势与速度变化趋势相同。射流气体的流动过程就是能量的转换过程，射流气体的能量变化过程为气体的压力势能转换为气体的动能。
由图6可知，射流气体的动压在喷嘴收缩段末端压力梯度大，喷嘴射流的轴向动压力变化明显，随射流距离的增加，射流气体的动压变化梯度较小，射流气体的动压值变化成稳定降低的趋势。
由图7可知，射流气体的静压由喷嘴射入空气之前，气体的静压在喷嘴收缩段迅速减小，压力梯度大，随着轴向距离的增加在静压仍在减小，但压力梯度较小。
3 结论
本文介绍了气力输送喷射器的结构组成与工作原理，并对其关键部件喷嘴进行了射流仿真，结果发现高压气体在喷嘴内部速度很低，进入喷嘴收缩段后速度梯度增大，速度值变化明显；离开喷嘴出口射入大气后，射流气体出现激波，并且在射流气体表面沿垂直于轴向方向的速度大小存在明显的梯度变化；在等速流核区末端，射流气体的速度受到基波及空气摩擦的影响，速度明显降低。射流气体动压的变化趋势与射流气体的速度变化趋势相同。这为喷嘴的合理设计确定提供了理论依据。
参考文献
[1] 薛凤娟.气液两相喷射器的实验研究[D].大连：大连理工大学，2008.
[2] Bohnet，Wagenknecht.Investigations on Flow Conditions in Gas/Solid-Injector [M].Ger.Chem.Eng，1978，1（5）：298～304.
[3] 郑金宝，史惠玲，梁译远.气固喷射器的理论和实验研究[J].水泥，1993，7：14～18.
[4] 王明和：负压喷浆机[J]，化工矿山技术，1979.1，49～50.
[5] Muschelknautz，Gierssiepen.G And Rink，Chem Ing Tech[J].1970，42：6～15.
作者简介：蒋奉亮（1981--），男，山东省枣庄市人，助理工程师，2001年毕业于枣庄工业学校，现从事煤矿机械技术管理工作。