特定条件下气-液喷射器结构合理性分析

　　1 引 言

　　喷射器是利用流体传递质量和能量的设备，由于其结构简单、工作可靠、寿命长、易于维修等诸多优点，在国内外动力、矿山机械、石油化工、冶金、轻工纺织、建筑、制冷等领域应用广泛。

　　由于喷射器内部流场的复杂性和应用的广泛性，对改善喷射器结构和提高其性能的研究，越来越受到国内外研究者的重视。Kanjanapon Chunn-anond[1]等研究了喷射器在制冷技术当中的应用。R -onan[2]等对喷射器的效率进行了研究。Debeme[3]等在简单模型的基础上深入研究，提高了预测不同参数对喷射器影响的准确率。 Falcone[4]等利用 LDA 测量得到了喷嘴平均径向速度分布和湍流径向速度分布。在一些报道中对喷射系数，运行环境等也进行了研究[5 -7]。张强[8]等通过实验方法研究了不同喷嘴出口直径的液气两相流喷射泵在不同压力下的引射性能。向清江[9]等通过分块的方法对射流泵内流场进行数 值计算，获得了喷射泵外部水力性能。范健[10]等针对引射器提出了一种新的优化方法。虽然对喷射器的研究报道比较多，采用瞬时方法对流场模拟分析的研究 还是很少。

　　某连铸二冷区中喷射器( 简称喷射器) 存在气液混合不理想( 理想状态体积比为1∶ 1) ，进气口和进液口的压力和流量波动比较大( 压力波动应小于2% ，流量波动应小于5% ) 的问题，导致冷却效果不理想。为了找出引起问题的原因，本文应用CFX 软件，对特定工况下气 - 液两相流的流场进行稳态和瞬态的数值计算，分析喷射器结构与所出现问题之间的关系。

　　2 数值模拟

　　建立喷射器的三维流体模型，采用fluid142单元，进行映射网格的划分。划分网格时，保证在模型速度梯度变化大的地方适当的加密，最终单元 数为116989 个，节点79713 个。再设置进液口、进气口和出口等节点组合( 见图1) ，将此有限元模型文件存为.cdb文件格式。再导入CFX 软件中进行参数的设置与仿真。

　　通过CFX 模拟时，两种流体选为水和空气。根据原设定的工作压力设置进口边界条件( 见表1) ，即进气、进液口均采用压力入口，出口采用压力出口( 工况一) 。

　　稳态计算时，湍流选用κ-ε 标准双方程模型，气液混合模型选用欧拉-欧拉法，且考虑重力和表面张力的影响，25°时水的表面张力系数为0.072 N/m。因为要考虑流动过程中的波动问题，所以有必要进行瞬态计算。瞬态计算时，以稳态的结果为初始值，进行瞬态计算。

　　3 结果分析

　　3.1 工况一的稳态分析

　　为了更好的分析气液混合情况，创建 XY 面辅助分析。从 XY 面水的体积百分比分布( 见图2) 可以看出: 在XY 面上，水的体积百分比为 1 的区域占有很大一部分。进气管道开始部分水的体积百分比分布比较广泛，百分比分布为0 ～1。说明在 XY 面进气管道有气体存在，并且在进气管道中存在气液混合现象。在混合室及出口管道中水的体积百分比为1，说明这些区域中只存在水这一种流体，混合室里面没有 发生气液的混合。