喷射制冷系统主喷射器特性的CFD研究

论文摘要

随着空调制冷系统在日常生活以及工业生产中的广泛使用,传统制冷循环带来的能源消耗量大、环境污染严重等问题越发突出,因此对于新型制冷循环的研究成为近年来学术探讨的热点。由于喷射式制冷系统可以利用低温热源驱动,并且结构简单、运行可靠,因此,得到国内外众多学者的关注。蒸汽喷射器是喷射制冷系统的核心部分,其设计基础多是建立在一维理论和经验公式之上。喷射器结构与其工况条件决定喷射器的性能,但受实验水平、计算机计算能力、流体力学理论发展水平等限制,目前,对喷射器的特性研究并不充分。本文借助FLUENT软件平台,通过对蒸汽喷射器性能进行CFD数值模拟,深入分析和探索了工况条件和结构参数对蒸汽喷射器性能的影响规律,并将模拟结果与实验数据进行了比较,对优化喷射器结构,提高喷射器效率具有重要的意义。本文的主要研究工作为：(1)建立了能够反映蒸汽喷射器性能变化规律的CFD数学模型。对蒸汽喷射器内部可压缩性流动进行了数值模拟,将模拟结果与实验数据进行了比较,并用喷射器性能与扩压器出口压力(背压)的关系,验证了计算模型的正确性。(2)对不同工况条件下的蒸汽喷射器内部流动进行了模拟,得到了工作流体饱和温度等工况参数对喷射器性能的影响规律：若喷射器几何参数和其他运行参数不变,喷射系数随工作流体饱和温度(饱和压力)的降低而增大,即性能增强,激波的位置向上游移动,临界背压减小。(3)改变拉瓦尔喷管出口与混合室入口之间的距离,通过模拟得到了拉瓦尔喷管出口与混合室入口距离等结构参数对蒸汽喷射器性能的影响规律：若喷射器几何参数和其他运行参数不变,喷射系数随着拉瓦尔喷管出口与混合室入口距离的减小而增大,即性能增强,正激波的位置向上游移动,临界背压减小。(4)对蒸汽喷射器内部混合流动过程的各种现象进行分析。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 喷射式制冷系统的原理及国内外研究现状
• 1.2.1 喷射式制冷原理
• 1.2.2 国外发展现状
• 1.2.3 国内研究发展现状
• 1.3 本课题研究的内容和目的
• 第2章 喷射器的数学模型及求解方法
• 2.1 控制方程
• 2.1.1 基本控制方程
• 2.1.2 控制方程的通用形式
• 2.2 湍流模型
• 2.2.1 湍流的基本方程
• 2.2.2 标准κ-ε二方程模型
• 2.3 近壁面处湍流的处理
• 2.3.1 处理方法概述
• 2.3.2 κ-ε模型壁面函数的实施
• 2.4 求解方法
• 2.4.1 偏微分方程的数值解法
• 2.4.2 求解的基本方法
• 2.4.3 离散格式
• 2.5 网格技术
• 2.5.1 网格生成技术在CFD中的发展
• 2.5.2 网格的分类
• 第3章 蒸汽喷射器的数值模拟
• 3.1 CFD数值模拟技术及软件
• 3.1.1 CFD数值模拟研究进展
• 3.1.2 CFD技术概述
• 3.1.3 CFD软件
• 3.1.4 FLUENT软件
• 3.2 求解过程
• 3.2.1 蒸汽喷射泵制冷系统
• 3.2.2 蒸汽喷射器工作原理
• 3.2.3 模型几何结构尺寸
• 3.3 网格划分
• 3.3.1 二维和三维网格模型比较
• 3.3.2 模拟用的二维模型
• 3.4 边界条件设定
• 3.4.1 压力入口
• 3.4.2 压力出口
• 3.5 流体物性选择
• 3.6 求解器的选择
• 3.6.1 分离式求解器与耦合式求解器
• 3.6.2 求解器的比较与选择
• 第4章 模拟结果及讨论
• 4.1 基本分析
• 4.2 扩压器出口压力对泵性能的影响
• 4.3 工作流体饱和温度（饱和压力）对泵性能的影响
• 4.4 拉瓦尔喷嘴出口与混合室入口距离对泵性能的影响
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢