CN1193174C - 旋流式超音速汽液两相流升压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋流式超音速汽液两相流升压器，包括一个三通形状的壳体，在壳体的左侧、上侧和右侧分别设置有通过连接件与壳体相连接的进水管和直管段，直管段的输出端又通过连接件与热水出口管相连接，进水管内开设有渐缩结构的水喷嘴，水喷嘴伸入直管段中的混合腔的进口，在水喷嘴外壁与混合腔内壁构成的蒸汽进口通道内沿圆周方向均匀布置了构成蒸汽喷嘴叶栅的叶片。本发明的蒸汽由进汽管通过蒸汽喷嘴叶栅产生带圆周向旋转的高速汽流，与由水喷嘴进入的冷水剧烈混合进入混合腔，在混合腔最小截面之前混合均匀，其压力升高成为热水，经渐扩的混合腔的扩压段，其动能转化为压力能，使热水管出口热水具有很高的压力。
Description
一、技术领域
本发明属于通过与别的流体直接接触或通过利用泵送液体惯性泵送流体技术领域，具体涉及一种流体介质与被泵送液体混合的或从被泵送液体产生的旋流式超音速汽液两相流升压器。
二、背景技术
超音速汽液两相流升压器是利用高速蒸汽流的动能，与过冷水混合形成超音速汽液两相混合流，经过变截面通道后产生凝结激波，压力升高成为热水，具有结构简单、运行可靠等优点，在供暖、制冷、食品加工及能源与动力工程领域有广泛的应用前景。在现有装置中，高速蒸汽与低速冷水速度方向相同，完全混合后其速度达到一致，这一过程满足动量守恒定律。由于冷水的流量远大于蒸汽流量，这种混合过程将会损失掉大部分的蒸汽动能，只有一小部分蒸汽动能转化为混合物的动能。因此，这种装置的动能转化转换效率很低，高速蒸汽流的动能绝大部分都转化为热能，只有很小一部分转化为水的压力能，这大大影响了升压性能，使其应用受到了很大的限制。
三、发明内容
本发明的目的在于克服上述现的技术的缺点，提供了一种能够提高蒸汽动能的转换效率及升压性能的旋流式超音速汽液两相流升压器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括一个三通形状的壳体，在壳体的左侧、上侧和右侧分别设置有通过连接件与壳体相连接的进水管、进汽管和直管段，直管段的输出端又通过连接件与热水出口管相连接，进水管内开设有渐缩结构的水喷嘴，水喷嘴伸入直管段中的混合腔的进口，此混合腔为一先渐缩再渐扩的流动通道，在水喷嘴外壁与混合腔内壁构成的蒸汽进口通道内沿圆周方向均匀布置了构成蒸汽喷嘴叶栅的叶片，蒸汽喷嘴叶栅的进口与直管段的轴向一致，出口与直管段的轴向成5～50度的夹角。
由于本发明在水喷嘴外壁与混合腔内壁构成的蒸汽进口通道内设置有出口倾斜的蒸汽喷嘴叶栅，当蒸汽进出口压力在很大范围内变化时，蒸汽的出口速度方向将自动变化，避免超音速的蒸汽流出现激波或者脱流现象，从而使进口蒸汽的热能最大限度地转化为出口蒸汽的动能。
四、附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明水喷嘴4和混合腔6的结构示意图。
五、具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，2，本发明包括进水管2、进汽管3、壳体1、水喷嘴4、蒸汽喷嘴叶栅5、混合腔6、直管段7及热水出口管8，壳体1为三通形状，壳体1的左面、侧面及右面分别通过连接件与进水管2、进汽管3及直管段7相连接。在进水管2内开设有渐缩结构的水喷嘴4，直管段7中开设有一先渐缩再渐扩的混合腔6，混合腔6为流体提供-流动通道，直管段7的输出端即混合腔6的渐扩端又通过连接件与出口热水管8相联，水喷嘴4伸入混合腔6的进口，在水喷嘴4外壁与混合腔6内壁构成的蒸汽进口通道内沿轴向均匀布置有构成蒸汽喷嘴叶栅5的叶片，蒸汽喷嘴叶栅5的进口与轴向一致，出口与轴向成5～50度的夹角。
本发明的蒸汽由进汽管3通过蒸汽喷嘴叶栅5产生带圆周向旋转的高速汽流，与由水喷嘴4进入的冷水剧烈混合进入混合腔6，由于在水喷嘴4外壁与混合腔6内壁构成的蒸汽进口通道内设置有蒸汽喷嘴叶栅5，使蒸汽在进入混合腔6时不仅有轴向速度，还有很大的圆周向速度。两相混合过程满足动量守恒定律，因此，两相混合物的轴向速度由蒸汽的轴向速度与冷水的轴向速度决定。但是，蒸汽同时具有圆周向运动，因此两相混合物也具有圆周向运动，其强度可由动量矩来表示。根据动量矩守恒定律，有：
由于混合腔6为一先渐缩再渐扩的结构，本发明的蒸汽与冷水在混合腔6最小截面之前混合均匀，形成带强烈圆周向旋转的超音速汽液两相混合物，在混合腔6最小截面处凝结激波后，其压力升高成为热水，该热水具有很大的圆周向旋转动能，经过渐扩的混合腔6的扩压段，其动能转化为压力能，使热水管出口8热水具有很高的压力。在混合腔6的最小截面处，由于其截面半径很小，为维持上述的两相混合流的动量矩值，需要很大的周向速度，此处两相混合物具有很大的周向运动动能，其总动能也很大，因而蒸汽动能转换为两相混合流动能的效率及升压性能都远高于现有的超音速汽液两相流升压器。另外，由于两相混合流具有圆周向旋转运动，因而凝结后的热水也具有圆周向旋转运动。这种旋转运动产生的离心力使混合腔6出口的扩压段内流动不易产生分离，扩压段的长度可以缩短，动能转换为压力的效率也会提高。
Claims (1)
1、一种旋流式超音速汽液两相流升压器，包括一个三通形状的壳体[1]，在壳体[1]的左侧、上侧和右侧分别设置有通过连接件与壳体[1]相连接的进水管[2]、进汽管[3]和直管段[7]，直管段[7]的输出端又通过连接件与热水出口管[8]相连接，其特征在于：进水管[2]内开设有渐缩结构的水喷嘴[4]，水喷嘴[4]伸入直管段[7]中的混合腔[6]的进口，此混合腔[6]为一先渐缩再渐扩的流动通道，在水喷嘴[4]外壁与混合腔[6]内壁构成的蒸汽进口通道内沿圆周方向均匀布置了构成蒸汽喷嘴叶栅[5]的叶片，蒸汽喷嘴叶栅[5]的进口与直管段[7]的轴向一致，出口与直管段[7]的轴向成5～50度的夹角。
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