气液喷射器内两相过程的机理及数值模拟研究

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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。由于可以利用低温热源驱动,并且本身结构简单、运行可靠,喷射式制冷系统得到国内外众多学者的关注。 本文针对应用于喷射式制冷循环中的气液喷射器进行分析研究,通过使用数值模拟的方法着重对混合室内部气、液两相流场的分布和特点进行探讨。本文的主要研究工作包括: (1)在对气液喷射器内制冷剂的工作过程进行理论分析的基础上,结合Menegay的研究成果,针对混合室内气、液两相流体的流动过程建立数学模型、物理模型,编制程序进行数值计算。采用HFC-134A作为制冷工质,以两流体数值模型为基础,建立抛物线型守恒方程作为编程计算的基本方程。应用二维Prandtl混合长度模型描述流体流动过程中的湍流现象,引入相间滑移模型模拟两相之间的相互作用。最后利用控制容积积分法建立离散方程,使用Thomas运算法则进行迭代计算,完成数值模拟。 (2)对程序输出的计算结果进行后处理,使用由Visual Basic编制的绘图程序以及Microsoft Excel将两相流体的压力、速度、含气率等重要参数分别绘制成等值分布图和曲线分布图,用于分析探讨混合室内流场的分布情况。结果表明,流体之间的相互作用,包括质量、动量交换,主要发生在混合室的入口段。在这段区域内,喷射流体与引射流体处于明显的热力学不平衡状态,喷射流体中形成“混合边界层”,流体的压力、速度、含气率等状态参数的变化很快。而进入到混合室的中后段,混合边界层将消失,两相流体的流动趋于稳定,状态参数基本不再发生变化。在喷射流体与引射流体混合的整个过程中,始终伴随着蒸发现象发生。 (3)在对混合室内两相流体的流动过程进行数值模拟研究的基础上,改变数值模拟中所使用的几何结构参数及入口边界条件进行计算。通过分析得到的各参数的无量纲值,探讨不同运行条件下混合室内两相流场的分布情况。当驱动喷嘴出口半径(RRATIO)增大或者引射蒸汽流速(URATIO)提高时,混合室内流体的轴向压力将升高;而当驱动喷嘴出口流体的滑移率(SLIPMN)增大时,混合室内流体的压力将下降。
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