引射器分析和总结.docx

概述

引射器主要由喷嘴、接受室、混合室及扩压室组成，其工作原理见图1。

图1引射器结构简图

压力较高的流体为工作流体(又称为一次流体)，以很高的速度从喷嘴流出，进入接受室，在射流的紊动扩散作用下，卷吸周围压力较低的流体。被吸入的压力较低的流体为引射流体(又称为二次流体)。工作流体与引射流体在混合室内混合，进行动量交换，在流动过程中速度插分布渐渐均匀，在此期间常常伴随压力的升高。随后，混合流体进入扩压室，压力因流速的降低而升高。在扩压室出口处，混合流体的压力高于进入接受室的引射流体的压力。

升高引射流体的压力而不直接消耗机械能是引射器最主要的特点。而引射器的主要缺点是传能效率较低，这是由于两股流体混合时产生较大的能量损失。另外，在运行中由于缺少运动部件也不易调节。

引射器的研究进展

引射器的分类及描述方程

目前，还投有—个通用的引射器分类方法，但人们常按引射器中相互作用的流体的状态将其分为3类：

① 工作流体和引射流体的状态相同，如气体(蒸汽)引射器。

②工作流体和引射流体处于不同的状态，而且在混合过程中状态也不发生改变，如水—空气引射器。

③流体的状态发生改变的引射器。工作流体和引射流体在混合前处于不同的相态，在混合后变成同一相态，即在混合过程中其中一种流体的相态发生改变，如汽-水混合式加热器。

虽然引射器种类繁多，但都可用如下3个基本定律来描述[1]：

①能量守恒定律hP+μhs=(1+μ)hm(1)

μ=qm，s／qm，p(2)

式中 hP—工作流体的比焓，J／kgμ—引射系数hs—引射流体的比焓，J／kghm—混合流体的比焓，J／kgqm，s—引射流体的质量流量，kg/sqm，p—工作流体的质量流量，kg/s

由能量守恒方程可知，工作流体和引射流体以及混合流体的动能

通常忽略不计。

②质量守恒定律qm，m=qm，p+qm，s(3)

式中 qm，m—混合流体的质量流量，kg/s

③动量定理[2]

∑F=∑∫Adp=qm，p(1+μ)υm-qm，pυu，-qm，sυs(4)式中 F—力，N

A—面积，m2p—压力，Pa

υm—混合室出口截面上混合流体的速度，m/sυP—混合室入口截面上工作流体的速度，m／sυs—混合室入口截面上引射流体的速度，m／s

引射器的研究历程及现状

在19世纪，为了维持蒸汽机冷凝器内的真空条件，人们发明了引射器，那时的超声速引射器的几何结构通常是根据经验设计出来的。直到20世纪40年代，由于流体力学和空气动力学的发展，才有Keenan等人[2]提出了引射器的设计理论。此理论韵关键是为引射过程中工作流体和引射流体的混合过程建立了动量方程(见式(4))。

考虑到流体具有可压缩性，对超声速引射器而言，求式(4)的分析解显得尤为困难。因此，Keenan提出了两种解决方法。第1种方

法是假设流动区域戴面面积A为常数，第2种方法是假设静压为常

数，即dp=0。这两种方法经受住了广泛的实验验证。

两种方法的出发点相同，都是建设工作流体和引射流体具有相同的相对分子质量和比热容，工作流体和引射流体以及混合流体在任意截面上具有均匀的物性分布，在喷嘴和扩压段内的过程都是等熵过程，不计壁面摩擦，也不考虑热量损失，在理想气体的基础上，运用质量、动量及能量守恒方程计算工作过程，推导出具有最大喷射系数或最大压缩压力的引射器结构参数的计算公式。然而实际上，特别是超声速混合过程很少会像假设的那样理想，激波、粘性干扰、分离涡及真实气体效应等物理现象的相互作用使得引射器内部流场极其复杂，因此一维的分析方法存在较大缺陷[3、4]。

过去人们主要是采用实验手段进行研究，在大量实验的基础上提出一些理论，通过修正系数对原有理论进行修正。但影响引射器性能的因素很多，实验结果往往具有很强的局限性，应用推广起来相当困难。因此当设计一个新的引射器时，通常要重新进行实验才能确定其性能。

随着计算机技术和计算流体力学的迅速发展，使得采用数值方法模拟求解超声速引射器流场成为可能。数值模拟与实验相结合可以深入揭示引射器的流场结构，解释实验现象，为实验提供必要的指导[5]。近年来国内外有一些学者尝试用N-S方程计算全流场以预测引射能力，但这种理论预测要求将内外流场耦合计算，而且在边界条件的处理上要求将外流场边界取得足够大，不便于工程应用和分析。

近些年来，为了改善引射器的性能，朋J尝试使用不同结构的引

射器。比如，引入了具有波瓣强化混合结构的工作喷嘴，作用是增大了两股流体的混合面积，增加了引射系数，提高了混合效率，缩短了混合距离。此外，还有采用多喷嘴射流、脉冲射流及旋转射流等方