基于流场数值模拟的环隙型空气引射器参数设计

徐延鹏 夏志强 杨蕾

摘 要：环隙型空气引射器是利用一定压力的压缩空气从环隙中高速喷出，带动环隙出口处的空气向出口处流动， 从而将吸入口周围的空气吸入引射器的设备。文章利用CFX流体力学计算软件，采用k-ε双方程模型，对引射器内部流场进行数值模拟。按照吸入流量的要求，确定合理的引射器结构，同时从经济性角度，提出合理的供气压力条件。

关键词：引射器；CFX；结构设计

中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）21-0018-02

1 概 述

环隙型空气引射器是利用一定压力的压缩空气从环隙中高速喷出，依靠空气自身的黏性，带动环隙出口处的空气向出口处流动，从而在引射器吸入口处产生一定的负压，将周围的空气吸入引射器，并从出口喷出的设备。利用这一性能，可将环隙型引射器用于小型固体颗粒的输送，室内受污染空气的清理，粉尘颗粒物的收集等。

环隙型空气引射器工作时，其内部流动较为复杂，对于新开发的引射器产品，利用传统手段，从设计到形成产品过程中，需要进行大量试验验证才能获得有效数据。而利用流体力学计算软件，可模拟出各种结构的引射器的性能参数，为后续试验给出指导性意见，减少试验次数及成本。

根据使用要求，需要设计一款用于厂房内玻璃粉尘颗粒的吸取收集的引射器，其供气压力约为0.6 MPa.g，吸入流量不低于51 Nm3/h的空气，引射器通道内径不低于15 mm，同时使得供气量尽量降低。

利用CFX软件，对多种结构的引射器和供气压力进行组合模拟分析，确定满足吸入流量要求，且耗气量最小的映射器结构和供气压力。

2 环隙型引射器计算模型

2.1 引射器结构

引射器的结构，如图1所示，包含进气口A，吸气口B、排气口C，环隙入口b和环隙出口a。

引射器尺寸：总长110 m，入口Aφ8，入口Bφ20，出口Cφ20，环隙入口b为0.5 mm，环隙入口a为调节尺寸。

通过改变环隙a的尺寸，进行数值模拟分析。环隙a的尺寸分为5组，分别为0.05 mm，0.1 mm，0.2 mm，0.3 mm，0.4 mm。

2.2 模型的建立和网格划分

为减少计算时间和内存的需求，对引射器进行一定的简化，取引射器的一半进行面对称分析。为保证计算准确性，对环隙出口处进行网格加密处理。网格计算模型，如图2所示。

3 计算过程及结果分析

本文先保证边界条件不变，对上述5种不同结构的引射器进行数模模拟，确定满足吸入流量的引射器结构后，再通过改变供气压力，确定耗气量最小，又能满足吸气流量要求的供气压力值，为工程设计提供指导。

工作流体和引射流体均为空气，其密度按理想气体计算，粘度采用Sutherland定律。壁面条件采用无滑移、无渗透、绝热边界，内壁粗糙度的3.2 μm，控制方程采用k-ε双方程模型。

3.1 不同结构的引射器计算

3.1.1 边界条件

对5种不同结构的引射器，采用的边界条件参数：

入口A：边界类型为Inlet，压力边界条件Static Pressure

0.6 MPa，温度边界条件Static Temperature 20 ℃。

入口B：边界类型为Inlet，压力边界条件Total Pressure 0.1 MPa，温度边界条件Static Temperature 20 ℃。

出口C：边界类型为Oulet，压力边界条件Average Static Pressure 0.1 MPa。

3.1.2 计算结果及分析

在边界条件不变的情况下，5组不同环隙a值下的供气量与吸气量计算结果，见表1。

从计算结果可以看出，在保持边界条件不变的情况下， 当环隙a值大于0.1 mm时，即可满足进气口吸气量的要求。

随着环隙a值的增大，供气量增大，吸气量也在增大，但吸气量增大的效果降低。

3.2 环隙a为0.1 mm引射器计算

从上面计算结果可以看出，当环隙a为0.1 mm时，即可满足吸气流量的要求。现取环隙为0.1 mm的引射器为研究对象，确定满足吸气流量条件下的供气压力和耗气量。

3.2.1 边界条件

对环隙为0.1 mm的引射器，保持入口A、入口B和出口C的边界类型与2.1.1一致，且入口B和出口C的边界条件不变，仅改变入口A的压力边界条件进行模拟，计算不同压力下的供气量和吸气量的数值。

入口A的供气压力分为5组，分别为Static Pressure ：0.6 MPa，0.5 MPa，0.4 MPa，0.3 MPa和0.2 MPa。

3.2.2 计算结果及分析

在引射器结构不变的情况下，5组不同供气边界条件下的供气量与吸气量计算结果，见表2。

从计算结果可以看出，对于环隙a值为0.1 mm的引射器，当供气压力值大于0.5 MPa时，即可满足进气口吸气量的要求。

3.3 确定结构及供气压力的引射器计算结果

通过上述分析，确定环隙a为0.1 mm的引射器为理想设计结构，供气压力为0.5 MPa为经济供气条件，其模拟计算结果：入口A平均压强500 000 Pa，入口B平均压强98 122.6 Pa，出口C平均压强99 996.7 Pa。

入口A平均速度6.6 m/s，入口B平均速度56.1m/s，出口C平均速度83.9 m/s，环隙出口处的速度达到434 m/s。

4 结 语

通过应用流体力学计算软件模拟分析，确定环隙引射器的关键结构尺寸，并计算出合理的供气压力条件，为后续产品设计提供强有力的指导，节省设计的时间成本、材料成本和试验成本，是一种切实可行的设计方法。

参考文献：

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