基于沸腾空化模型的跨临界CO2喷射器性能优化

喷射器内存在的激波效应对其性能有重要影响,现有的一维模型无法实现对激波的捕捉.在处理非平衡相变、超音速流和激波等复杂现象时,建立CO2两相喷射器三维模型来捕捉喷射器超音速喷嘴处的激波特性,采用空化和沸腾相变模型来模拟流体的相变过程.经与文献的实验验证,沸腾空化模型能够准确分析喷射器的性能,喷射系数的最大误差为4.3％;进行5种湍流模型的对比,其中SST k-ω模型能很好地预测内部流动,喷射系数的最大误差为5.8％.进一步对设计工况下喷射器的几何尺寸混合段与扩散段进行优化,分析其与激波间的关系.结果 表明:1)分析扩散角变化的影响,存在一个使摩擦损失与湍动能损耗都较小的最佳扩散角;2)在一定的工况下,存在最佳的混合室长度和直径使喷射系数较高,当混合室直径一定时,增加混合室长度有助于增加激波链的长度,但超过最佳混合室长度时,激波的强度逐渐减弱;在混合室长度不变时,减小混合室直径会使工作喷嘴出口处的激波幅度减弱,扩散室入口处的激波增强,但过多的增加混合室直径会使混合室的作用降低,失去升压效果.