引言

环形射流泵主要用于输送液体、气体和同体物。 由于其吸入口和喉管处于同轴线上，被吸人流体不需 改变流向，所以特别适合吸取含有较高同体浓度和较 大固体粒度的流体。实验研究表明：环状喷嘴射流泵 和多喷嘴聚焦射流泵相比较具有工作压力高、波动 小、当量喷嘴大小可以调节、对偏心不敏感、喷嘴不 会堵塞、磨损小、结构简单、安装方便、重量轻等优 点，具有相当广阔的应用前景和较高的研究价值⋯。
本文研究了面积比对环形射流泵的影响，在射流 泵其它参数不变的情况下，采用Fluent软件和标准模 型，对不同面积比射流泵内流场进行了数值模拟，获
得不同面积比下射流泵的特性曲线。以最高效率为参
考标准，以面积比为优化目标，针对面积比对效率的 影响进行讨论，得出在给定其它参数下最佳面积比取 值范围。

1   组成原理与计算区域

本文所模拟的环形喷嘴射流泵结构如图l所示。 其工作原理为：高速工作流体从环形缝隙喷嘴射入喉 管，卷动喉管内的流体进入扩散管，同时在喉管内形 成负压，将被输送流体吸人喉管与工作流体发生混 合。混合流体经扩散管将动能转换成压能，经输送管 到达被指定输送地点。

圈1    环形射流泵结构圈
Fig．1   The sketch of mmular jet-pump structure

 
经研究分析，吸人管道和输运管道内流体呈均匀
管流分布，所以在建立计算区域时采取适当简化处 理，取靠近喷嘴部分为计算区域。对于环形喷嘴，设 截面流速为均匀分布。因为所关注的为混合过程和混 合以后的流场，所以对于喷嘴可以采用简化处理，取 喷嘴长度的一半为计算区域。总计算区域如图2所示。

圈2计算区域
Fig．2   The computational region

2   数学模型

2．1控制方程 流体的基本控制方程包括连续性方程和动量方
程。根据计算域的几何特点，采用轴对称计算方法，其 柱坐标下的控制方程为㈨：
连续性方程
芸㈣)+三导(rP'，)=o，                    (1) 式中：P为流体密度，单位kg／m3；“，y分别为速度的
轴向和径向速度，单位m／s。
动量方程
扣2)+；l呶a(侧=2卦孙
昙未卜厂詈】+吾未【rr妻】一面ap，           Q，

未cp甜V，+吾未c，．pV2，=未【厂妻】+ 吾未【r厂熹】+妄【r罢】一万ap，               c3，
式中：厂为广义扩散系数，其表达式为

C D七2
J’=p擅=∥。+p=—兰÷，                  (4)
式中：脚洲_f‘。，盼别为有效粘性系数，湍流粘性系
数，动力粘性系数。湍流模型采用标准七一8模型，使
控制方程封闭。
2．2边界条件
入口条件：设喷嘴出口截面速度分布均匀，则入 口边界条件为
I％=心(r=气，五≤工≤五+缸)，
{1，=甜6(，=rt，而≤x≤^+缸)， I吩=％伍=0，0≤，．≤‘)，

式中：U。为工作流体轴向速度；1，为工作流体径向速度， 单位m／s；“，为被吸流体轴向速度，单位ntis。
出口条件：自然出流；固壁边界条件：标准壁面
函数；中心边界条件：轴对称，’表达式为
a•七=．0'
Or   ．
y=0，
as
——=00
／)r
由于模型几何结构规则，所以采用计算效率和精 度都较好的结构网格，如图3所示。由于喷嘴出口处 流动较为复杂，对其进行加密处理。综合考虑计算量 和计算精度，采用2阶迎风格式离散控制方程，并采 用标准SIMPLE算法对离散方程进行求解。

圈3喷嘴入口处网格图
Fig．3  The grid around nozzle inlet

3  模拟与结果分析

3．1    模拟实验对比验证 为了验证选用的模型和算法的准确性，以便使用
数值模拟手段对环形射流泵进行深入研究，本文根据
文献【3】给出的几何结构和条件进行了模拟计算，并将 所得结果与试验值进行对比，结果如图4所示。从图
4中可看出，本文的数值计算结果与文献【3】中的试验 数据吻合得很好。可以得出，本文所选用的模型对环 形射流泵内流场的计算结果具有精确性和可靠性。

万方数据
 
88                              湖南工业大学学报                     2009年

比取值为O．2、O．4、0．6、0．8。泵体固定参数见表1。
裹1泵体固定参数一览
Tab．1 The checklist of pump fixed parameters
流量比
圈4模拟与实验对比
Fig．4  The comparison between simulation  and experiment

3．2结果与分析 射流泵基本方程形式为P=厂(M，R)，它是研究射
流泵压力、流量与几何尺寸之间的关系式，反映了泵
内能量变化和各主要部件(喷嘴、喉管、扩散管和喉 管进口段)对射流泵性能的影响，是设计、制造和运 用射流泵的理论基础H】。
各参数定义如下：
1)面积比

彳：
将计算得出的结果进行曲线拟合得到5种面积比
的射流泵性能曲线和效率曲线，如图5和图6所示，从 图中可以看出，面积比对射流泵性能影响明显。当面 积比为l，8时，射流泵的性能曲线和其它情况相对变 化较大，曲线斜率非常小，射流泵的效率也非常小，这 是因为在较小的面积比情况下，在相同的流量比时， 工作流体的流速相对较大，在与吸人流体混合时产生 了较大区域的回流，由此产生了较大的能量损失。随 着面积比的增大，性能曲线之间的斜率和截距随之变 化。变化趋势不够明显，但是从效率曲线可以看出，随 着面积比的增大，射流泵的最高效率也随之增大，这 是因为随着面积比的增大，工作流体和被吸人流体在 混合时产生的回流区减小，混合能量损失减小。当面 积比大于1／3时，随着工作流体相对速度的降低，混 合时间加长，混合能量损失回升，使得最高效率呈下(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）