CN113769913A

CN113769913A - 一种喷射器

Info

Publication number: CN113769913A
Application number: CN202110955962.2A
Authority: CN
Inventors: 陈光明; 周逸凡; 郝新月; 高能; 宣永梅
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2021-12-10

Abstract

一种喷射器，包括工作喷嘴，混合室、出口，所述工作喷嘴为缩放喷嘴，所述喷射器包括升压体，所述升压体包括升压头，所述升压头位于所述混合室，定义所述混合室包含升压头部分为升压段，所述升压头使所述升压段的流通截面积沿流动方向逐渐减小。这样，相比于传统的喷射器设计，达到相同压缩比时所造成的不可逆损失更小。

Description

一种喷射器

技术领域

本发明涉及流体机械技术领域，尤其涉及一种喷射器。

背景技术

喷射器是通过利用高压的工作流体来引射低压流体，两股流体混合后产生介于高压与低压之间的具有中间压力流体的装置，因其具有设备结构简单、体积小、成本低、运行可靠等优点，广泛应用于物料输送、制冷等工业和民用领域。现有的喷射器一般由工作流体喷嘴、接受室、混合室和扩压器四个部分组成。其工作原理为，高压的工作流体进入工作流体喷嘴进行绝热膨胀，并在喷嘴出口处形成低压高速流后进入混合室；引射流体在工作流体出口低压的作用下，被引射进入接受室，并在接受室中绝热膨胀后进入混合室；混合流体的速度分布在混合室入口处有较大的不均匀性，随着混合流体在混合室中的流动，速度分布逐渐均衡；混合后的流体在混合室中通常会产生激波，速度骤降，压力骤升，并引起不可逆损失；随后在扩压室中混合流体流速进一步降低，压力升高，达到所需的出口压力参数。喷射器出口混合流体的压力与引射流体入口压力的比值称为压缩比，引射流体与工作流体的质量流量之比称为引射系数，压缩比和引射系数是衡量喷射器性能的重要参数。

在喷射器中，引射流体和工作流体在不同速度、温度、压力下混合，混合流体在混合室内通常还会产生激波。因此，喷射器内流体的流动过程为不可逆过程，经过计算表明，喷射器中引射流体和工作流体在不同速度下的混合过程以及混合室中产生的激波现象，是喷射器中不可逆损失的主要来源。对于现有的喷射器结构，从喷嘴喷出的工作流体速度很快且温度很低，从接受室流入的引射流体在混合室入口处速度最高只能到达临界速度，因此，高速低温的工作流体与相对高温低速的引射流体混合会伴有较大的能量损失；同时，混合室内部的激波也会产生较大的能量损失。

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，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，扩散室出口与混合流体出口相连，喷嘴延伸接头与高压流体进口相连，接受室与低压流体进口相连。当进入喷嘴的制冷剂流量变化时，通过调节喷嘴喉部截面积和混合段入口截面积，提高喷嘴效率。

虽然上述结构的喷射器在一定程度上提高了喷嘴效率，但是喷嘴出口处的工作流体经过充分膨胀后速度更高，压力更低，在混合过程、混合后的激波现象以及扩散室升压过程中的能量损失都会相应升高。结构设计不当，喷射器能量损失反而会增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷射器。

第一方面，一种喷射器，包括工作喷嘴，混合室、出口，所述工作喷嘴为缩放喷嘴，所述喷射器包括升压体，所述升压体包括升压头，所述升压头位于所述混合室，定义所述混合室包含升压头部分为升压段，所述升压头使所述升压段的流通截面积沿流动方向逐渐减小。这样，在两股流体初步混合后，超声速流体在升压体的作用下产生一道或多道斜激波，速度降低，压力升高；随后在波后混合段中进一步混合达到共同速度。当共同速度超过当地声速时，则在波后混合段出口处再形成激波，速度降低，压力升高，随后在扩压室中进一步降低速度提高压力，最后在喷射器出口处达到所需要的出口参数；当共同速度等于或小于当地声速时，则在波后混合段出口处不产生激波，流体通过膨胀过程达到喷射器出口处所需要的出口参数，相比于传统的喷射器设计中出口处存在强正激波的情况，在相同工况下先通过斜激波升压再通过较弱的正激波升压达到相同压缩比时所造成的不可逆损失更小。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施例中，所述升压体包括柱体段，所述柱体段的形状为柱体，所述柱体段相对所述升压头靠近所述出口。在此实施例中，柱体段的设置，有利于升压段之后两股流体的进一步混合。

结合第一方面的第一种实施例，在第一方面的第二种可能的实施例中，所述混合室的流动截面为矩形，所述喷射器由两个对称喷射分体拼接而成，所述喷射分体包括混合室分割板，升压体设置于混合室分隔板，所述混合室分隔板将所述混合室分割为两个腔室。在此实施例中，流动截面为矩形时，喷射器由两个对称喷射分体拼接而成，因此升压体可以设置于混合室分隔板，从而升压体无需设置固定结构，避免了固定结构对喷射器气流状态的影响。

结合第一方面的第一种实施例，在第一方面的第三种可能的实施例中，所述混合室的流动截面为圆形，所述喷射器包括固定块，所述固定块可以伸入所述喷射器内，所述柱体段穿过所述固定块，所述固定块为所述升压体提供支撑，喷射器内的流体可通过固定块。在此实施例中，升压体通过固定块支撑，有效实现升压体的设置。

结合第一方面的第三种实施例，在第一方面的第四种可能的实施例中，所述升压头为回转体形状，所述升压头的母线为多段直线或曲线组成。在此实施例中，升压头母线设计为多段角度不同的直线或者曲线组合而成，相比于单一角度的升压结构，当工作流体在升压结构前的马赫数较大时，以此产生的多道斜激波可以看作是单一斜激波的进一步分解，进一步降低激波过程中的不可逆损失，提高喷射器的能量利用效率。

结合第一方面或第一方面的第一至第四种实施例，在第一方面的第五种可能的实施例中，所述混合室包括锥形段，所述锥形段流通截面积随流动方向逐渐变小，所述锥形段位于所述升压段之前。在此实施例中，工作流体喷嘴出口与接受室出口的引射流体同时进入混合室锥形段入口，在流道面积沿流动方向逐渐缩小的混合室锥形段中工作流体速度下降，压力上升，而引射流体速度上升随后进入等面积混合段继续完成工作流体与引射流体之间的混合过程，工作流体与引射流体在此锥形段中速度差降低，可以有效喷射器中的不可逆损失。

附图说明

图1是本发明一种喷射器的实施方式示意图。

图2是图1所示喷射器的局部放大图。

图3是本发明一种喷射器的混合室包含锥形段的实施方式示意图。

图4是本发明一种喷射器流通截面为矩形的实施方式示意图。

图5是本发明一种喷射器流通截面为圆形的实施方式示意图。

具体实施方式

现在参考附图详细描述具体实施例。

图1示意了一种喷射器10，喷射器10有工作流体入口11、引射流体入口12、出口13。喷射器10包括工作喷嘴14、接受室15、混合室16、扩压室17、升压体18。工作喷嘴14为缩放喷嘴。

升压体18包括升压头181、柱体段182。柱体段182相对升压头181靠近出口13。

定义所述混合室16包含升压头181部分为升压段161，定义升压段161之后的混合室16的部分为波后混合段162。此处所说的“前后”是以喷射器内流体的流动为前后，上游为前，下游为后。

柱体段182的形状为柱体。升压头181的形状使升压段161的流通截面积沿流动方向逐渐减小。特别的，升压头181为斜面形状，如图2所示。

在另外的实施例中，混合室16包括锥形段163，锥形段163位于升压段161之前，锥形段163流通截面积随流动方向逐渐变小，如图3所示。

图4为混合室流动截面为矩形的喷射器20，混合室26的流动截面为矩形，所述喷射器20由两个对称喷射分体30拼接而成，所述喷射分体30包括混合室分割板31，升压体28设置于混合室分隔板31，所述混合室分隔板31将所述混合室31分割为两个腔室。其余结构可以参考图1所示的结构。应当说明，图4中单纯是为了显示分体结构，实际工作时，两个分体结构是合在一起的。

图5为混合室流动截面为圆形的喷射器40，喷射器40包括固定块49，固定块49可以伸入喷射器内，柱体段穿过固定块49，固定块49为升压体48提供支撑。流体可流过固定块49。特别的，升压头481为回转体形状，升压头481的母线为一段或多段直线或曲线组成。其余结构可以参考图1所示的结构。

对于传统喷射器，以及本发明图1所示装置进行了模拟计算，计算的假设条件如下：(1)工作流体与引射流体均为氮气，喷射器引射系数为0.39；(2)对于传统喷射器，接受室出口引射流体为声速，接受室出口流体压力为引射流体临界压力，工作流体喷嘴出口压力与接受室出口压力相同，工作流体与引射流体在混合室入口前不混合，在混合室入口之后才开始混合；混合过程中流道截面积不变；(3)对于本发明喷射器，上述假设条件仍成立，并且在混合段5中两股流体压力保持不变，通过升压结构后两股流体流道截面积不变；(4)工作流体与引射流体均为氮气，满足理想气体状态方程，工作流体进口总压为1500kPa，引射流体进口总压为150kPa。

对于本发明图1的喷射器出口达到的压力随升压结构楔角变化的计算结果如下：

传统喷射器，即该升压结构楔角为0时的特殊情况，在上述计算工况条件下可以得到的喷射器出口压力为314250Pa。本发明通过在喷射器设计中加入升压结构，降低了超声速流体通过激波升压过程中的不可逆损失，在引射系数不变的情况下提高了喷射器的出口压力。从计算结果可以看出，在该计算工况下，喷射器出口压力随着升压结构楔角的增大先增大后减小，并且存在一个最优角度。在最优角度下，喷射器出口压力显著提高，证明了本发明的有益效果。

Claims

1.一种喷射器，包括工作喷嘴，混合室、出口，其特征在于，所述工作喷嘴为缩放喷嘴，所述喷射器包括升压体，所述升压体包括升压头，所述升压头位于所述混合室，定义所述混合室包含升压头部分为升压段，所述升压头使所述升压段的流通截面积沿流动方向逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述升压体包括柱体段，所述柱体段的形状为柱体，所述柱体段相对所述升压头靠近所述出口。

3.根据权利要求2所述的喷射器，其特征在于，所述混合室的流动截面为矩形，所述喷射器由两个对称喷射分体拼接而成，所述喷射分体包括混合室分割板，升压体设置于混合室分隔板，所述混合室分隔板将所述混合室分割为两个腔室。

4.根据权利要求2所述的喷射器，其特征在于，所述混合室的流动截面为圆形，所述喷射器包括固定块，所述固定块可以伸入所述喷射器内，所述柱体段穿过所述固定块，所述固定块为所述升压体提供支撑，喷射器内的流体可通过固定块。

5.根据权利要求4所述的喷射器，其特征在于，所述升压头为回转体形状，所述升压头的母线为多段直线或曲线组成。

6.根据权利要求1-5任一项所述的喷射器，其特征在于，所述混合室包括锥形段，所述锥形段流通截面积随流动方向逐渐变小，所述锥形段位于所述升压段之前。