新型可调式喷射器性能的计算与分析.docx

文章编号: 167128097 (2007) 0320230205新型可调式喷射器性能的计算与分析沈 胜 强,张琨( 大连理工大学 能源与动力学院, 辽宁 大连 116024 )摘要:提出在喷射器喷嘴内插入喷针来调节喷射器工作参数的方案, 建立了可调式喷射器性能计算模型, 分析了喷嘴截面积变化对喷射系数、气体压力、气体流量等参数的影响。结果表明, 通过对喷射器喉口面积的调节, 可以实现把出口流量控制在一个稳定的区域内, 从而减小喷射器入口参数对出口参数以至整个系统的影 响。可调式喷嘴可拓宽喷射器的有效工作范围。关键词: 喷嘴; 喷射器;中图分类号: T E 933. 3喷射系数; 调节文献标识码: A能够在更宽的工作条件下高效运行, 人们在探讨如何使喷射器具有更宽更好的调节性能, 适应更 广 泛的工作条件。邢桂菊、李文忠6 通过改变喷 口在吸入管的位置来提高喷射器的效率, 但效果 仍不明显。本文作者尝试在一台固定结构喷射器的喷嘴 内加装一个针式装置, 通过针的移动, 改变喷嘴喉 部及出口的截面积, 从而实现对喷射器工作参数 变化的适应或对出口参数的控制, 使喷射器能在 更宽的范围内拥有较高的效率, 以适用于更宽的 工作条件。本文介绍对喷嘴截面积可调喷射器的 性能计算与分析。引言0喷 射器是一种应用非常广泛的流体机械, 它利用工作流体的射流来实现能量转化, 例如用于 飞机上的喷射推进, 利用低温、低压热源的喷射式 热泵, 以及用于喷射真空等。喷射器具有显著的节 能 效果、低环境污染的工作性能, 且结构简单、造 价低廉、操作和维修方便, 在各工业领域中得到非 常广泛的应用。因此对于喷射器机理的研究得到 许多学者的关注, 喷射技术正成为一门覆盖面大、 应用范围广的新学科。经典理论所设计的喷射器结构都是固定的, 关于固定结构的喷射器的结构与性能, 人们已进 行了大量研究1 26 。固定结构喷射器的设计是选择 在一个给定的工作状态下完成, 一经制成就不能 改变, 喷射器只有在设计状态下才能达到最大的 效率5 。如果工作、引射和出口流体的参数偏离设 计参数, 喷射器的效率将下降, 甚至不能工作。实际运行的喷射器工作参数并不是一成不变 的, 往往需要根据工艺条件来改变。为了使喷射器1可调式喷射器的工作原理喷 射器的调节可以分为质调节和量调节。质调节是通过改变喷射器工作气体的压力来改变喷射器的性能, 而量调节是通过改变工作喷嘴的临 界截面积对喷射器的工作状态进行调节。因喷嘴 结 构固定, 在质调节时, 喷射器将偏离设计工况, 喷射器内损失加大, 使得喷射系数减小; 在量调节收稿日期: 2006209218; 修回日期: 2007208229.基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( ; 辽宁省科技攻关项目 ( 2005224001).作者简介: 沈胜强 ( 19612) , 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要研究方向为传热、传质与流动.第 3 期沈胜强等: 新型可调式喷射器性能的计算与分析231的情况下, 通过改变喷嘴结构而达到调节流量的目的, 工作气体的工作能力没有降低, 喷射器仍在 接近最佳工作条件下工作。从能量利用的角度来 看, 量调节比质调节更加有利。在 喷射器中, 有两个结构参数对气体喷射器 的工作特性有较大影响, 一是圆柱形混合室的截 面积与喷嘴喉部截面积的比值, 另一个是喷嘴出 口截面积与喷嘴喉部截面积之比。由此可见, 改变喷嘴的喉口面积可以对喷射器的性能 (如流量、压力等) 产生很大的影响。本文利用喷针调节喷嘴 的喉部及出口面积, 达到改变喷射器的性能, 以 适应负荷变化的需要, 基本原理如图 1 所示。当喷 射器的工作状态改变, 需要对喷射器进行调解时, 喷针通过轴向移动, 改变喷嘴喉口面积, 从而改变 工作流体的流量, 达到调节喷射器工作参数的目 的。1. 喷针 2. 喷嘴 3.混合室 4. 扩散器图 1F ig11可调式喷射器的示意图D iag ram o f ad ju stab le e jec to r对喷射器工作过程的分析中, 假设:1) 喷射器内气体的流动状态为一维稳态流 动, 工作气体及引射气体的膨胀和压缩过程为绝 热过程;2) 工作气体和引射气体的混合过程为等压 过程;3) 忽略工作气体和引射气体在入口截面及 出口截面的动能;4) 喷嘴、扩散管及混合过程中的不可逆因素 (诸如壁面摩擦、边界层分离、激波干扰等) 用速 度系数和混合效率来表征;5) 工作气体和引射气体在喷射器内保持动 量守恒和能量守恒。按 照本文介绍的喷射器调节原理, 对喷射器 进行调节时, 喷射器喷嘴的截面积发生变化, 喷射 器的混合室、扩散室结构参数不变。可调式喷射器