CN110860395A - 一种高效喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效喷射器，包括连通的工作喷嘴、接受室、混合室和扩散室，所述工作喷嘴包括：渐缩段，按照流向位于喉部上游且流通截面积沿流体流动方向逐渐减小，与工作流体入口相连；渐扩段，按照流向位于喉部下游且流通截面积沿流体流动方向逐渐增大；所述渐缩段包括前段和后段，所述后段的流通截面积变化比前段平缓；本发明的高效喷射器，工作喷嘴的渐缩段采用维托辛斯基型线，使得工作流体以及引射流体的速度变化更平缓，减小能量损失，以提高喷射器效率。
Description
技术领域
本发明属于流体机械技术领域，尤其是涉及一种高效喷射器。
背景技术
喷射器是一种以高压流体引射低压流体从而获得具有中间压力流体的装置，喷射器一般是由工作喷嘴、接受室、混合室和扩散室四个部分组成，其具有结构简单、成本低、运行可靠等优点，广泛应用于工业及农业中的制冷、物料输送、除味等领域。
喷射器的工作原理为高压的工作流体流经工作喷嘴进行绝热膨胀，在喷嘴出口处形成低压高速流，进而引射喷射器的引射流体依次进入接受室、混合室，两股流体充分混合进入扩散室，速度降低压力升高，达到出口压力参数。
例如公开号为CN101412011A的专利文献公开了一种可调式喷射器，包括喷射器外腔、喷嘴、喷嘴收缩部分、喷嘴喉部和喷嘴扩张部分，喷射器外腔依次设有接受室、混合室、扩散室，混合室依次设有混合室锥形入口、变截面混合室、喷射器腔体内设有喷嘴延伸接头，喷嘴延伸接头一端设有喷嘴，喷嘴延伸接头另一端设有控制装置，喷嘴延伸接头通过连接件固定在喷射器腔体一端，喷嘴进入混合室，扩散室出口设有混合流体出口通道，喷嘴延伸接头设有高压流体进口通道，接受室设有低压流体进口通道。当进入喷嘴的制冷剂流量变化时，通过同时调节喷嘴喉部截面积和混合段锥形入口截面积,充分的提高喷嘴效率的同时，使气流在混合段不出现激波或者回流现象，提高喷射器效率，上述喷射器应用于喷射循环中提高系统效率。
虽然上述结构的喷射器在一定程度上提高了系统效率，但是性能优劣与其自身结构息息相关，其主要损失是工作流体和引射流体在混合前的速度不同，产生涡流现象，以及混合过程中与混合后产生激波现象。根据伯努利方程，工作流体在喷射器的工作喷嘴中绝热膨胀，部分压力势能转化为动能，能量转换效率与流体状态参数及喷嘴结构尺寸有关；引射流体进入接受室的收缩段，速度变化受接受室收缩段型线影响，型线使用不当，将产生涡流，增大喷射器能量损失。
针对上述问题，提出一种采用维托辛斯基曲线设计喷射器喷嘴渐缩段及接受室收缩段型线的高效喷射器，减少工作流体流经喷嘴时的能量损失，减少引射流体流经接受室时的能量损失以提高喷射器效率，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种高效喷射器，可以减少工作流体流经喷嘴时的能量损失，减少引射流体流经接受室时的能量损失，提高喷射器效率。
一种高效喷射器，包括连通的工作喷嘴、接受室、混合室和扩散室，所述工作喷嘴包括：
渐缩段，按照流向位于喉部上游且流通截面积沿流体流动方向逐渐减小，与工作流体入口相连；
渐扩段，按照流向位于喉部下游且流通截面积沿流体流动方向逐渐增大；
所述渐缩段包括前段和后段，所述后段的流通截面积变化比前段平缓。
本发明的高效喷射器使用时，工作流体流经工作喷嘴的渐缩段，速度变化平缓，以减小能量损失。
为了更好地实现速度变化平缓，所述工作喷嘴渐缩段前段和后段沿流体流动方向的截面积以维托辛斯基曲线方程计算为依据，与前段入口及后段出口直径密切相关。优选的，所述工作喷嘴渐缩段的流通截面积变化采用维托辛斯基曲线。所述维托辛斯基曲线，具有收缩前段较陡，后段相对平缓的特征，进而使得流体速度变化更平缓，减少渐缩段能量损失。
优选的，所述维托辛斯基曲线方程为：
式中，r0为渐缩段出口高度，R为渐缩段入口高度，L为渐缩段轴向长度，x为距离入口处的距离，r为距离渐缩段入口x处的高度。
优选的，所述接受室包括与引射流体入口连通的本体腔以及与所述混合室连通的收缩段。工作流体与引射流体分别进入混合室实现流体混合。
为了减小接受室内能量损失，优选的，所述接受室收缩段的流通截面积变化采用维托辛斯基曲线。所述维托辛斯基曲线具有收缩前段较陡，后段相对平缓的特征，进而使得流体速度变化更平缓。所述接受室收缩段的截面积与工作喷嘴渐缩段的截面积的计算公式相同。
优选的，所述维托辛斯基曲线方程为：
式中，r0为收缩段出口高度，R为收缩段入口高度，L为收缩段轴向长度，x为距离入口处的距离，r为距离收缩段入口x处的高度。
优选的，所述混合室的截面积沿流体流动方向前段收缩，后段不变。工作喷嘴出口流体与接受室出口流体同时进入混合室。由于接受室收缩段采用维托辛斯基曲线，从而，获得更为均匀稳定的引射流体，在混合室内继续完成工作流体与引射流体之间的动量和能量传递过程。
优选的，所述扩散室采用流通截面积沿流体流动方向逐渐增大的扩压结构。经扩散室混合流体的速度进一步降低，混合流体的绝大部分动能转化为压力势能，以获取更高压力的流体，实现喷射器增压的目的。
本发明的有益效果：
本发明的高效喷射器，工作喷嘴的渐缩段以及接受室收缩段采用维托辛斯基方程的截面变化型线，使得工作流体以及引射流体速度梯度变化更平缓，减小了能量损失，提高了喷射器效率。
附图说明
图1为本发明的高效喷射器的结构示意图。
图2为本发明的接受室的局部放大图。
图3为本发明工作喷嘴的局部放大图。
图4为本发明的维托辛斯基曲线的各参数的示意图。
其中：1、工作喷嘴；1a、工作喷嘴渐缩段；2、工作流体入口；3、引射流体入口；4、接受室；4a、接受室本腔；4b、接受室收缩段；5、混合室；6、扩散室。
具体实施方式
实施例
如图1所示，本实施例的高效喷射器包括：工作喷嘴1，工作流体入口2，引射流体入口3，接受室4，混合室5及扩散室6。
工作喷嘴1与工作流体入口2相连通，引射流体入口3与接受室4相连通，工作喷嘴1、接受室4分别与混合室5，混合室5与扩散室6连通。
如图2所示，接受室4包括本体腔4a以及与本体腔4a相连接的接受室收缩段4b的曲线依据维托辛斯基曲线设计型线，以减小工作流体与引射流体在混合时因速度差引起的能量损失。
如图3所示，工作喷嘴1采用缩放结构，工作喷嘴渐缩段1a依据维托辛斯基曲线设计型线，前段较陡，后段相对平缓，进而使得工作流体速度变化更平缓，减小能量损失。
工作喷嘴渐缩段1a的维托辛斯基曲线方程为：
式中，r0为渐缩段出口高度，R为渐缩段入口高度，L为渐缩段轴向长度，x为距离入口处的距离，r为距离渐缩段入口x处的高度，如图4所示。
另外接受室收缩段4b的计算公式和工作喷嘴渐缩段1a相同。
本实施例的喷射器的工作过程如下：高压的工作流体通过工作流体入口2依次进入工作喷嘴渐缩段1a和渐扩段，工作喷嘴渐缩段1a的维托辛斯基型线有助于减少能量损失，工作流体在工作喷嘴1内绝热膨胀，在工作喷嘴1出口处形成低压。
引射流体通过引射流体入口3，在工作喷嘴1出口低压的作用下，进入带有维托辛斯基型线结构的接受室4，维托辛斯基型线结构的接受室4有效的减小了能量损失。工作流体与引射流体在混合室5中通过动量及能量交换，逐渐达到速度相同，压力提升，并于扩散室6中进一步降低速度，提高压力，最终在喷射器出口处达到提升引射流体压力的目的。
喷射器实际工作过程中，流体状态参数随喷射器内各组成部分的结构尺寸变化而变化，较大的速度梯度及压力梯度更易产生能量损失，模拟喷射器喷嘴1内工作流体及接受室4内引射流体的流体型线变化，结果表明，依据维托辛斯基曲线方程设计的工作喷嘴渐缩段1a及接受室收缩段4b可降低流速的不均匀性，减少能量损失。
应用例
针对传统结构喷射器以及实施例的喷射器进行了模拟计算，计算的假设条件如下：(1)制冷剂为R134a；(2)对于传统结构喷射器，工作喷嘴渐缩段及接受室收缩段都采用锥形型线渐缩结构；(3)对于传统结构喷射器，在混合室入口截面上工作流体的压力与引射流体的压力相同；(4)对于实施例的喷射器，混合室入口截面工作流体的压力与引射流体的压力相同；(5)工作流体的压力为2120kPa、温度为348K，引射流体的压力为375kPa、温度为285K。
本应用例的高效喷射器达到的引射系数随喷射器出口压力变化的计算结果如下：
从以上结果可以看出，本实施例通过采用维托辛斯基曲线设计工作喷嘴渐缩段1a及接受室收缩段4b，使得流体速度变化更平缓，减少工作流体流经喷嘴时的能量损失，减少引射流体流经接受室时的能量损失，本实施例在喷射器出口压力相同时，可达到的喷射器引射系数通常远高于传统喷射器，特别在提升压力要求更高时，改善效果更加明显，进而证明了本发明的优越性。
Claims (8)
1.一种高效喷射器，包括连通的工作喷嘴、接受室、混合室和扩散室，所述工作喷嘴包括：
渐缩段，按照流向位于喉部上游且流通截面积沿流体流动方向逐渐减小，与工作流体入口相连；
渐扩段，按照流向位于喉部下游且流通截面积沿流体流动方向逐渐增大；
其特征在于，所述渐缩段包括前段和后段，所述后段的流通截面积变化比前段平缓。
2.如权利要求1所述的高效喷射器，其特征在于，所述工作喷嘴渐缩段的流通截面积变化采用维托辛斯基曲线。
3.如权利要求2所述的高效喷射器，其特征在于，所述维托辛斯基曲线方程为：
式中，r0为渐缩段出口高度，R为渐缩段入口高度，L为渐缩段轴向长度，x为距离入口处的距离，r为距离渐缩段入口x处的高度。
4.如权利要求1所述的高效喷射器，其特征在于，所述接受室包括与引射流体入口连通的本体腔以及与所述混合室连通的收缩段。
5.如权利要求3所述的高效喷射器，其特征在于，所述的接受室收缩段的流通截面积变化采用维托辛斯基曲线。
6.如权利要求5所述的高效喷射器，其特征在于，所述维托辛斯基曲线方程为：
式中，r0为收缩段出口高度，R为收缩段入口高度，L为收缩段轴向长度，x为距离入口处的距离，r为距离收缩段入口x处的高度。
7.如权利要求1所述的高效喷射器，其特征在于，所述混合室的截面积沿流体流动方向前段收缩，后段不变。
8.如权利要求1所述的高效喷射器，其特征在于，所述扩散室采用流通截面积沿流体流动方向逐渐增大的结构。
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