加藥用射流泵的數值模擬及性能預測

摘要：文章對在污水廠加藥系統中射流泵的應用進行性能研究，采用FLUENT6.2軟件對實況下射流泵三維流場進行數值模擬，并對計算結果進行性能預測。對于了解射流泵內部流動狀況，提高在實際應用中射流泵的效率，為射流泵的進一步研究提供可靠依據。

關鍵詞：射流泵；FLUENT；數值模擬

中圖分類號：TH38 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-0052-03

射流泵是利用射流湍流擴散作用進行傳質傳能的流體機械和混合反應設備。它由于本身沒有運動部件，并且具有結構簡單、密封性好、可靠性高、便于維護和加工容易等優點，使其在放射、易燃、易爆等特殊場合中具有不可替代的優勢，如今已在各項工程中得到了廣泛的應用。而能夠在各種環境下高效率的運行成為了射流泵發展應用所面臨的主要問題。

隨著計算機的發展和各種專業計算軟件的開發，對射流泵進行全三維數值模擬已經可以實現。本文借助FLUENT6.2軟件對液體射流泵的整個流場進行了三維數值模擬。為了壁面的粘性效應明顯，壁面采用相應的變化梯度劃分網格。本文對射流泵在污水加藥系統中的新型應用進行內部流場的模擬，得出了一些有價值的性能信息。

1.3 計算模型

本文根據選擇動力泵的規格以及文獻[1]中給出的射流泵設計最優公式，文獻[2]中給出的選取最佳喉管距的方法，以及文獻[3]中給出的選取最佳喉管長度的方法，初步確定所采用的射流泵的部分參數，建立實驗模型來進行分析，其結構如圖1所示，具體尺寸如表2所示。按照射流泵結構尺寸，用UG NX6.0軟件對其內部流場進行三維實體造型。

1.4 網格劃分

用UG NX6.0軟件將射流泵內部流場的三維模型導出IGS文件，將文件導入FLUENT的前處理模塊GAMBIT中，進行模型的網格劃分以及的邊界面的定義。為了結果的計算精確性，本文采用Tet/Hybrid方式進行網格劃分，網格總計1 241 584個。

1.5 邊界條件

工作液體進口設為壓力進口，根據動力泵的規格設為0.3 MPa，吸入液體進口與混合液出口都定為壓力邊界條件。

2 模擬結果及性能預測

各項設置設定完畢之后，設定計算次數為1 000次、 松馳因子0.01。迭代殘差小于10-3，計算結果可用。由流場總壓分布圖（圖2）可以看出，由于射流紊動擴散作用，整個吸入室內部都為負壓區，而噴嘴與喉管之間的負壓值最低，從而吸入被吸液體，可看出噴嘴出口處壓力梯度還是非常大，喉管出口處壓力分布則比較平均，說明兩股流體已經得到充分混合；由圖3中可看出射流泵內部流場速度分布，喉管內速度梯度呈現減小的趨勢，出口處的液體流速分布也比較均勻；圖4可以看出擴散管部分速度較小，并且速度分布也比較平均，說明擴散管出口處的流態已經比較穩定。

對不同出口揚程的情況進行模擬下得到射流泵的性能預測曲線圖5，其流量隨著揚程的增大而減小；由圖可知，該規格射流泵的最高效率約16%，由于藥液的粘性較大而造成了比較多的能量損失。

通過對射流泵性能預測，可以看出該規格泵在實際工況下效率不高，還應進一步優化改進，建議調整喉管距和喉管長度，并對吸入室的設計參數加以考慮，以提高泵的效率。

3 結 論

根據數值模擬可得，在一些特殊條件，如轉動部件易損的情況下，可以考慮合理的應用射流泵，選擇符合要求且能達到最佳效率的泵。本文利用CFD對射流泵內的流場進行了數值計算，得到了其內部流場的分布規律，并與對其性能有了初步的判斷。對于了解射流泵內部流動情況，改進射流泵的結構設計具有參考價值。

參考文獻：

[1] 陸宏圻.噴射技術理論及應用[M].武漢大學出版，2004.

[2] 龍新平，程茜，韓寧，等.射流泵最佳喉嘴距的數值模擬[J].核動力工程，2008，29(1).

[3] 龍新平，程茜，韓寧，等.射流泵喉管最優長度的數值計算[J].水利學報，2003，(10).

[4] 朱紅均，林元華，謝龍漢.流體分析及仿真實用教程[M].北京:人民郵電出版社，2010.

[5] 陶文銓.數值傳熱學[M].西安:西安交通大學出版社，1998.