V形喷嘴的超声速引射器的数值模拟

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引射器是-种利用-股高压、高能量的主动流的剪切力和引射作用来吸人另-股低压、低能量的从动流，从而实现流体的运输或压缩的装置。它的应用-直十分广泛，这主要得益于它有很多其他流体设备不可比拟的优点，例如构造简单、设备制造费用低廉、较低的能源耗费等。但由于其内部有多相流、混流、湍流、压缩流等复杂流动，而且其工作状态不稳定，所以引射器内部流场的分析和最佳的工作条件非常难以确定。

对于引射器的初期的理论研究，大多是把引射器系统管内流动看作是-维流动，通过在流线方向上建立动量守恒等方程来计算压力等流动参数[1]。

近年来，众多研究者对引射器的主要功能、工作环境、优化方法等进行了不同层次的研究，并取得了-定的成果-2。]。尤其是进入 21世纪以来，不同行业的引射器研究变得更加丰富，例如基于蒸汽引射器的海水淡化行业l4]、基于蒸汽-水引射器的制冷行业5 ]以及核能工业等。但由于超声速引射器的性能受到很多因素的影响，且引射器内部可压流动复杂，涡旋、离散激波、膨胀波等汇聚其中，导致实验研究和普通的测量技术很难对其进行分析。这时就要依靠对引射器内部流场的数值模拟和优化设计。

Hong W J等曾尝试在引射器内部设置倾斜的自旋转叶片，虽然减少了主动流体的流速，但同样减少了两流体在混合时的能量损失，从而可以有效地提高引射器的效率7]。基于 Hong W J等的理论及引射器模型，Chang Y J等[ 和Chen Y M等[。]重新设计了喷嘴出口形状，使得诱导比和临界背压都有显著提高。Sobolev A V等尝试使用不同的喷嘴形状对蒸汽引射器进行优化设计，优化后的引射器性能有了-定程度的提高 。。Blaisdel G A等也就 V形喷嘴在医用注射器的应用进行了数值模拟研究，而且使用了Fluent、CFX等不同数值模拟软件对其进行了模拟及对比分析，结果显示引射器从动流的流量有所提高，但提高幅度有限[1 。由此可见，V形喷嘴具备提高引射器性能的潜力，但为了使引射器具有更好的工作特性，对 V形喷嘴的优化设计工作也显得尤为重要。

本文在原有收敛形喷嘴的基础上重新设计-种新型的 V形喷嘴，以考察其对引射器压缩比及压力收稿El期：2012-11-29基金项目：国家自然科学基金资助项目(21276241)；浙江省自然科学基金项目(R1100530)作者简介：孔凡实(1989-)，男，山东青岛人，硕士研究生，主要从事流体机械方面的研究。

通信作者：崔宝玲，电子邮箱：blcui###zStt1.edu.crl第4期 孔凡实等：V形喷嘴的超声速引射器的数值模拟恢复等性能的影响。采用-种基于Fluent流体模拟软件的数值模拟技术来研究引射器内部的复杂流场尤其是喷嘴处的流动情况〃立与实验设备相同的模型来进行数值模拟，通过对比实验数据验证CFD的模拟结果。重点比较收敛形喷嘴和 V形喷嘴对引射器性能的影响，并通过改变 V形喷嘴的波瓣数来得到优化的V形喷嘴几何模型。

1 计算模型的建立本文中所使用的模型是-种等面积混合引射器，其设计者为 Texas A&M University的 Holtza-pple M Tt ]，被广泛地使用在海水蒸馏淡化系统中。相关学者曾基于-种混流导叶对其进行过实验研究、数值模拟和优化设计[1。 。-般来说，典型的引射器主要包含以下几个部件：混合室、扩散器、喷嘴。本文所使用的引射器三维几何模型如图 1所示，其中引射器的混合室长度、扩散室长度、混合室直径、引射器各出人口直径等均依据实验设备[15]确定为定值，且保持不变。其中，主动流人口直径为6.08 mm，从动流入口直径为 211.56 mm，混合室直径为 84.56 mm。本文使用的相关实验数据及其他几何模型尺寸可